GeotectonicsGeotectonicsГеотектоника0016-853X3034-4972The Russian Academy of Sciences66040010.31857/S0016853X24030032FGNFYMArticlesСтатьиResearch ArticleEvolution of the northeastern margin of the Kazakhstan paleocontinent: results of petro-geochemical study of sedimentary and volcanogenic-sedimentary rocks of the Zharma-Saur island arc zoneЭволюция северо-восточной окраины Казахстанского палеоконтинента: результаты петро-геохимического исследования осадочных и вулканогенно-осадочных пород Жарма-Саурской островодужной зоныPenkinaV. A.ПенкинаВ. А.
Russian Federation
pkotler@yandex.ruKotleraP. D.КотлерП. Д.
Russian Federation
pkotler@yandex.ruSafonovaI. Y.СафоноваИ. Ю.
Russian Federation
pkotler@yandex.ruKhromykhS. V.ХромыхС. В.
Russian Federation
pkotler@yandex.ruPerfilovaA. A.ПерфиловаА. А.
Russian Federation
pkotler@yandex.ruKulikovaA. V.КуликоваА. В.
Russian Federation
pkotler@yandex.ruGalimullinI. A.ГалимуллинИ. А.
Russian Federation
pkotler@yandex.ruSobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of the Russsian Academy of SciencesИнститут геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАНKazan (Volga Region) Federal UniversityКазанский (Приволжский) федеральный университетNovosibirsk State UniversityНовосибирский государственный университет150620243557922022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0016-853X/article/view/660400

We carried out studies of petrography, petrochemistry, geochemistry and Nd-isotopy of sedimentary and volcanic rocks, as well as U‒Pb dating of detrital zircons from sandstones and tuff sandstones of four stratigraphic units of the Zharma-Saur island arc zone, located in the Middle-Late Paleozoic near the north eastern (in modern coordinates) edge of the Kazakhstan paleocontinent. The data obtained, geological structure and analysis of discriminant diagrams indicate that the formation of sandstones of the Givetian‒Frasnian sequence was the result of erosion and destruction of the Early Paleozoic igneous complexes of the Chingiz-Tarbagatai zone of the Kazakhstan paleocontinent. Tuff sandstones of the Koyanda formation of the Tournaisian stage and the Tersairyk formation of the Visean stage, distributed within the Vorontsov-Saur subzone, are mainly a product of rock destruction and volcanic activity of the Zharma-Saur volcanic arc. The feeding provinces for the sedimentary rocks of the Kokon formation of the Visean stage, which occupies most of the Zharma-Sarsazan subzone, were simultaneously the Caledonides of the Chingiz-Tarbagatai zone and the Early Carboniferous volcanogenic complexes of the Zharma-Saur volcanic arc. Our data show that the Zharma-Saur arc developed near the northeastern margin of the Kazakhstan paleocontinent at the end of the Late Devonian‒in the Early Carboniferous period.

Проведены исследования петрографии, петрохимии, геохимии и Nd-изотопии осадочных и вулканогенно-осадочных пород, а также U‒Pb датирование детритовых цирконов из песчаников и туфопесчаников четырех стратиграфических подразделений Жарма-Саурской островодужной зоны. Полученные данные, геологическое строение и анализ дискриминантных диаграмм свидетельствуют о том, что формирование песчаников живетско-франской толщи являлось результатом размыва и разрушения раннепалеозойских магматических комплексов Чингиз-Тарбагатайской зоны Казахстанского палеоконтинента. Туфопесчаники кояндинской свиты турнейского яруса и терсайрыкской свиты визейского яруса, распространенные в пределах Воронцовско-Саруской подзоны, являются продуктом разрушения пород и вулканической активности Жарма-Саурской вулканической дуги. Питающими провинциями для осадочных пород коконьской свиты визейского яруса, занимающей большую часть Жарминско-Сарсазанской подзоны, являлись одновременно раннепалеозойские образования Чингиз-Тарбагатайской зоны и раннекаменноугольные вулканогенные комплексы Жарма-Саурской дуги. Полученные нами данные показывают, что развитие Жарма-Саурской дуги происходило вблизи северо-восточной окраины Казахстанского палеоконтинента в конце позднего девона–в начале каменноугольного периода.

island arcvolcanismprovenance analysisKazakhstan paleocontinentOb-Zaisan (Irtysh-Zaisan) paleooceanZharma-Saur zoneChingiz-Tarbagatai zoneLate Paleozoicостровная дугавулканизмпитающая провинцияКазахстанский палеоконтинентОбь‒Зайсанский (Иртыш‒Зайсанский) палеоокеанЖарма-Саурская зонаЧингиз-Тарбагатайская зонапоздний палеозойРоссийский научный фондRussian Science Foundation22-77-00061Берзин Н.А., Колман Р.Г., Добрецов Н.Л., Зоненшайн Л.П., Сючань С., Чанг Э.З. Геодинамическая карта западной части Палеоазиатского океана // Геология и геофизика. 1994. Т. 35. № 7–8. С. 8‒28.Бескин С.М., Ларин В.М., Марин Ю.Б. Редкометалльные гранитовые формации. ‒ Л.: Наука, 1979. 280 с.Волкова Н.И., Тарасова Е.Н., Полянский Н.В., Владимиров А.Г., Хомяков В.Д. Высокобарические породы в серпентинитовом меланже Чарской зоны (Восточный Казахстан): геохимия, петрология, возраст // Геохимия. 2008. № 4. C. 422‒437.Геологическая карта Казахской ССР. ‒ Масштаб 1 : 500 000. ‒ Восточно-Казахстанская серия. – Объяснительная записка. – Алма-Ата: Мингео СССР, 1979. 184 с.Геологическая карта восточного Казахстана. Масштаб 1 : 200 000. Зайсанская серия. Лист М-44-XXXIV. – Объяснительная записка. – Усть-Каменогорск: ТОО ГРК “Топаз”, 2014. 262 с.Дегтярев К.Е. Тектоническая эволюция раннепалеозойской активной окраины в Казахстане. – Под ред. Ю.Г. Леонова, А.Г. Ахметьева, Ю.О. Гаврилова, Ю.В. Карякина, С.А. Куренкова, М.А. Семихатова ‒ М.: Наука, 1999. 123 с.Дегтярев К.Е. Тектоническая эволюция раннепалеозойских островодужных систем и формирование континентальной коры каледонид Казахстана. – Под ред.: М.А. Федонкина, М.А. Ахметьева, Ю.О. Гаврилова, Ю.В. Карякина, Ю.Г. Леонова, М.А. Семихатова, С.Д. Соколова, М.Д. Хуторского. ‒ М.: ГЕОС, 2012. 289 с.Дегтярев К.Е., Рязанцев А.В. Кембрийская коллизия дуга-континент в палеозоидах Казахстана // Геотектоника. 2007. № 1. С. 71‒96.Дегтярев К.Е., Шатагин К.Н., Ковач В.П., Третьяков А.А. Процессы формирования и изотопная структура континентальной коры каледонид хребта Чингиз (Восточный Казахстан) // Геотектоника. 2015. № 6. С. 20‒51.Диденко А.Н., Моссаковский А.А., Печерский Д.М., Руженцов C.B., Херасков Т.Н. Геодинамика палеозойских океанов Центральной Азии // Геология и геофизика. 1994. Т. 35. № 7–8. С. 59‒75.Диденко А.Н., Морозов О.Л. Геология и палеомагнетизм средне-вернепалеозойских пород Саурского хребта (Восточный Казахстан) // Геотектоника. 1999. Т. 4. С. 64‒80.Добрецов Н.Л., Буслов М.М. Позднекембрийско-ордовикская тектоника и геодинамика Центральной Азии // Геология и геофизика. 2007. Т. 48. № 1. С. 93‒108.Ермолов П.В., Изох Э.П., Пономарёва А.П., Тян В.Д. Габбро-гранитные серии западной части Зайсанской складчатой системы. – Под ред. Н.Л. Добрецова, Э.П. Изоха ‒ Новосибирск: Наука, 1977. 246 с.Жолтаев Г.Ж., Никитина О.И., Жаймина В.Я., Сейтмуратова Э.Ю., Пирогова Т.Е., Иванова Н.И., Фазылов Е.М., Мусина Э.С., Нигматова С.А., Байшашов Б.У. Стратиграфические схемы фанерозоя Казахстана. – Ч.1. – Палеозой. – Объяснительная записка. – Решения совещ. по унификации стратиграфических схем фанерозоя Казахстана г. Алматы, 25–29 ноября 2021 г. – Алматы: ТОО “378”, 2021. 236 с.Карманова Н.Г., Карманов Н.С. Универсальная методика рентгенофлуоресцентного силикатного анализа горных пород на спектрометре ARL-9900XP. ‒ Тез. докл. VII Всерос. конф. по рентгеноспектральному анализу. Г. Новосибирск, 19–23 сентября 2011 г. ‒ Новосибирск: Наука, 2011. 126 c.Моccаковcкий А.А., Pуженцев C.В., Cамыгин C.Г., Xеpаcкова Т.Н. Центpально-Азиатcкий складчатый пояс: геодинамическая эволюция и история фоpмиpования // Геотектоника. 1993. № 6. С. 3‒33.Решения “III Казахстанского стратиграфического совещания по докембрию и фанерозою Алма-Ата, 1986г.”, с региональными стратиграфическими схемами. – Ч. I. – Докембрий и палеозой. – Под ред. А.А. Абдулина, И.Ф. Никитина, И.И. Никитченко – СПб.: 1991.Рязанцев А.В. Структуры среднепалеозойской активной окраины в Казахстане: латеральные ряды, миграция // ДАН. 1999. Т. 369. № 5. С. 659‒663.Самыгин С.Г., Хераскова Т.Н. Геологическое строение и этапы тектонической эволюции палеозоид Казахстана // Литосфера. 2019. Т. 19. № 3. С. 347‒371.Севрюгин Н.А. Геологическое строение Присемипалатинского района // Советская геология. 1959. № 7. С. 5‒20.Сергеева Л.В. Девонские отложения Северного Предчингизья // Литосфера. 2004. № 2. С. 81‒93.Хаин В.Е. Тектоника континентов и океанов. – Под ред. В.Е. Хаина – М.: Научный Мир, 2001. 604 с.Хромых С.В., Котлер П.Д., Семенова Д.В. Геохимия, возраст и геодинамические обстановки формирования Саурской габбро-гранитоидной интрузивной серии (Восточный Казахстан) // Геосферные исследования. 2019. № 2. С. 6‒26.Хромых С.В. Базитовый и сопряженный гранитоидный магматизм как отражение стадий развития Алтайской аккреционно-коллизионной системы (Восточный Казахстан) // Геология и геофизика. 2022. Т. 63. № 3. С. 330‒355.Шутов В.Д. Классификация песчаников // Литология и полезные ископаемые. 1967. № 5. С. 86‒103.Щерба Г.Н., Дьячков Б.А., Стучевский Н.И., Нахтигаль Г.П., Антоненко А.Н., Любецкий В.Н. Большой Алтай (геология и металлогения). – Алматы: Гылым, 1998. 304 с.Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Основы литохимии. – Под ред. В.Н. Шванова, В.Т. Фролова, Ю.А. Ткачева ‒ СПб: Наука, 2000. 479 c.Abrajevich A., Van der Voo R., Levashova N.M., Bazhenov M.L. Palaeomagnetism of the mid-Devonian Kurgasholak Formation, Southern Kazakhstan: Constraint on the Devonian paleogeography and oroclinal bending of the Kazakhstan volcanic arc // Tectonophysics. 2007. V. 441. P. 67‒84.Alexeiev D.V., Ryazantsev A.V., Kröner A., Tretyakov A.A., Xia X., Liu D.Y. Geochemical data and zircon ages for rocks in a high-pressure belt of Chu-Yili Mountains, southern Kazakhstan: Implications for the earliest stages of accretion in Kazakhstan and the Tianshan // J. Asian Earth Sci. 2011. V. 42. P. 805‒820.Berzin N.A., Dobretsov N.L. Geodynamic evolution of Southern Siberia in Late Precambrian-Early Paleozoic time. ‒ In: Reconstruction of the PaleoAsian Ocean. ‒ Ed. by R.G. Coleman, (VSP Int. Sci. Publ., Utrecht, The Netherlands, 1994), P. 53‒70.Boynton W.V. Cosmochemistry of the rare earth elements: Meteorite studies. ‒ In: Rare Earth Element Geochemistry. ‒ Ed. By P. Henderson, (Elsevier, Amsterdam, 1984), P. 63‒114.Buslov M.M., Watanabe T., Fujiwara Y., Iwata K., Smirnova L.V., Safonova I.Y., Semakov N.N., Kiryanova A.P. Late Paleozoic faults of the Altai region, Central Asia: Tectonic pattern and model of formation // J. Asian Earth Sci. 2004. V. 23. № 5. P. 655‒671.Buslov M.M., Safonova I.Yu., Watanabe T., Obut O., Fujiwara Y., Iwata K., Semakov N.N., Sugai Y., Smirnova L.V., Kazansky A.Yu. Evolution of the Paleo-Asian Ocean (Altai‒Sayan region, Central Asia) and collision of possible Gondwana-derived terranes with the southern marginal part of the Siberian continent // Geosci. J. 2001. V. 5. P. 203–224.Chen Y., Xiao W., Windley B.F., Zhang J.E., Zhou K., Sang M. Structures and detrital zircon ages of the Devonian‒Permian Tarbagatay accretionary complex in west Junggar, China: Imbricated ocean plate stratigraphy and implications for amalgamation of the CAOB // Int. Geol. Rev. 2016. V. 59. No. 9. P. 1097‒1115.Chen Y., Xiao W., Windley B.F., Zhang J.E., Sang M., Li R., Song S, Zhou K. Late Devonian-early Permian subduction-accretion of the Zharma-Saur oceanic arc, West Junggar (NW China): Insights from field geology, geochemistry and geochronology // J. Asian Earth Sci. 2017. V. 145. P. 424‒445.Cox R., Lowe D.R. A conceptual review of regional-scale controls on the composition of clastic sediment and the coevolution of continental blocks and their sedimentary cover // J. Sediment. Res. 1995. No. 1. P. 1‒12.Cullers R.L. The controls on the major and trace element variation of shales, siltstones, and sandstones of Pennsylvanian‒Permian age from uplifted continental blocks in Colorado to platform sediment in Kansas, USA // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1994. V. 58. P. 4955‒4972.Dickinson W.R., Gehrels G.E. Use of U–Pb ages of detrital zircons to infer maximum depositional ages of strata: A test against a Colorado Plateau Mesozoic database // Earth Planet. Sci. Lett. 2009. Vol. 288. P. 115–125.Dickinson W.R., Beard L.S., Brakenridge G.R., Erjavec J.L., Ferguson R.C., Inman K.F., Knepp R.A., Lindberg F.A., Ryberg P.T. Provenance of North American Phanerozoic sandstones in relation to tectonic setting // GSA Bull. 1983. V. 94. P. 222‒235.Dobretsov N.L., Berzin N.A., Buslov M.M. Opening and tectonic evolution of the Paleo-Asian Ocean // Int. Geol. Rev. 1995. V. 37. P. 335‒360.Filippova I.B., Bush V.A., Didenko A.N. Middle Paleozoic subduction belts: the leading factor in the formation of the Central Asian fold-and-thrust belt // Rus. J. Earth Sci. 2001. V. 3. P. 405‒426.Floyd P.A., Leveridge B.E. Tectonic environment of the Devonian Gramscatho basin, south Cornwall: framework mode and geochemical evidence from turbiditic sandstones // J. Geol. Soc. 1987. V. 144. P. 531‒542.Folk R.L., Andrews P.B., Lewis D.W. Detrital Sedimentary Rock Classification and Nomenclature for Use in New Zealand // New Zealand J. Geol. Geophys. 1970. V. 13. P. 937‒968.Folk R.L. Petrology of Sedimentary Rocks. – Hemphill Publ. Comp., Austin, USA. 1980, 184 p.Garcia D., Fonteilles M., Moutte J. Sedimentary fractionations between Al, Ti, and Zr and the genesis of strongly peraluminous granites // J. Geol. 1994. V. 102. P. 411‒422.Heaman L.M., Bowins R., Crocket J. The chemical composition of igneous zircon suites: Implications for geochemical tracer studies // Geochemica et Cosmochemica Acta. 1990. V. 54. P. 1597‒1607.Jenner G.A., Longerich H.P., Jackson S.E., Fryer B.J. ICP-MS – a powerful tool for high precision trace element analysis in earth sciences: evidence from analysis of selected U.S.G.S. reference samples // Chem. Geol. 1990. V. 83. P. 133‒148.Kotler P.D., Khromykh S.V., Zakharova A.V., Semenova D.V., Kulikova A.V., Badretdinov A.G., Mikheev E.I., Volosov A.S. Model of the formation of monzogabbrodiorite–syenite–granitoid intrusions by the example of the Akzhailau Massif (Eastern Kazakhstan) // Petrology. 2024. V. 32. No. 2. P. 179–200.Kröner A., Kovach V., Belousova E., Hegner E., Armstrong R., Dolgopolova A., Seltmann R., Alexeiev D.V., Hofmann J.E., Wong J., Sun M., Cai K., Wang T., Tong Y., Wilde S.A., Degtyarev K.E., Rytsk E. Reassessment of continental growth during the accretionary history of the Central Asian Orogenic Belt // Gondwana Research. 2014. V. 25. P. 103‒125.Ludwig K.R. User’s manual for Isoplot 3.00: A geochronological toolkit for Microsoft Excel. 2003. № 4. https://homepages.see.leeds.ac.uk/~ear6clif/Manual2.3.pdfMontenari M. Stratigraphy and Timescales. – (Keele Univ., Newcastle, UK. 2016. V. 1), 506 p.Nesbitt H.W., Young G.M. Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites // Nature. 1982. V. 299. P. 715‒717.Orihashi Y., Hirata T. Rapid quantitative analysis of Y and REE abundances in XRF glass bead for selected GSJ reference rock standards using Nd-YAG 266 nm UV laser ablation ICP-MS // Geochem. J. 2003. V. 37. P. 401‒412.Paton C., Woodhead J.D., Hellstrom J.C., Hergt J.M., Greig A., Maas R. Improved laser ablation U‒Pb zircon geochronology through robust downhole fractionation correction // Geochem. Geophys. Geosyst. 2010. № 11. Q0AA06. https://doi.org/10.1029/2009GC002618Pettijohn F.J. Sedimentary Rocks. – (Harper & Row, NY, CD, USA. 1972), 628 p.Safonova I., Perfilova A., Obut O., Kotler P., Aoki S., Komiya T., Wang B., Sun M. Traces of intra-oceanic arcs recorded in sandstones of eastern Kazakhstan: implications from U‒Pb detrital zircon ages, geochemistry, and Nd‒Hf isotopes // Int. J. Earth Sci. 2021. V. 111. № 8. P. 2449‒2468.Safonova I., Perfilova A. Survived and disappeared intra-oceanic arcs of the Paleo-Asian Ocean: evidence from Kazakhstan // Nat. Sci. Rev. 2023. V. 10. № 2. nwac215. https://doi.org/10.1093/nsr/nwac215Shen P., Shen Y., Li X.H., Pan H., Zhu H., Meng L., Dai H. Northwestern Junggar basin, Xiemisitai mountains, China: a geochemical and geochronological approach // Lithos. 2012. V. 140. P. 103‒118.Slama J., Kosler J., Condon D.J., Crowley, J.L., Gerdes A., Hanchar J.M., Horstwood M.S.A., Morris G.A., Nasdala L., Norberg N., Schaltegger U., Schoene N., Tubrett M.N., Whitehouse M.J. Plesovice zircon - a new natural reference material for U‒Pb and Hf isotopic microanalysis // Chem. Geol. 2008. V. 249. No. 1–2. P. 1‒35.Song S., Xiao W., Windley B.F., Collins A.S., Chen Y., Zhang J., Schulmann K., Han C., Wan B., Ao S., Zhang Z., Song D., Li R. Late Paleozoic Chingiz and Saur arc amalgamation in West Junggar (NW China): implications for accretionary tectonics in the Southern Altaids // Tectonics. 2020. V. 39. P. 1‒24.Taylor S.T., McLennan S.M. The continental crust: composition and evolution. – (Blackwell, Oxford, UK. 1985), 312 p.Wiedenbeck M., Alle P., Corfu F., Griffin W.L., Meier M., Oberli F., Von Quadt A., Roddick J.C., Spiegel W. Three natural zircon standards for U‒Th‒Pb, Lu‒Hf, trace element and REE analyses // Geostandards Newslett. 1995. No. 19. P. 1‒23.Windley B.F., Alexeiev D.V., Xiao W., Kröner A., Badarch G. Tectonic Models for Accretion of the Central Asian Orogenic Belt // Journal of the Geological Society of London. 2007. V. 164. № 1. P. 31–47.Xu Y., Han B.F., Liao W., Li A. The Serpukhovian–Bashkirian amalgamation of Laurussia and the Siberian continent and implications for assembly of Pangea // Tectonics. 2022. V. 41. e2022TC007218. https://doi.org/10.1029/2022TC007218Zhu Y.F., Xu X. The discovery of Early Ordovician ophiolite mélange in Taerbahatai Mts., Xinjiang, NW China // Acta Petrologica Sinica. 2006. V. 22. No. 12. P. 2833‒2842.