GeotectonicsGeotectonicsГеотектоника0016-853X3034-4972The Russian Academy of Sciences68133310.31857/S0016853X24060033RWKWGDArticlesСтатьиResearch ArticleThe Cambrian Volcanic-Sedimentary Strata of the Systighem Terrane (Central Tuva): Results of Isotopic-Geochronology and Geochemical StudiesКембрийские вулканогенно-осадочные толщи Систигхемского террейна (Центральная Тува): результаты изотопных, геохронологических и геохимических исследованийShkolnikS. I.ШкольникС. И.
Russian Federation
sink@crust.irk.ruLetnikovaE. F.ЛетниковаЕ. Ф.
Russian Federation
sink2507@mail.ruKolesovK. K.КолесовК. К.
Russian Federation
sink2507@mail.ruIvanovA. V.ИвановА. В.
Russian Federation
sink2507@mail.ruBulgakovaD. D.БулгаковаД. Д.
Russian Federation
sink2507@mail.ruBryanskyN. V.БрянскийН. В.
Russian Federation
sink2507@mail.ruInstitute of the Earth’s Crust of the Siberian Branch of the RASИнститут земной коры СО РАНSobolev Institute of Geology and Mineralogy of the Siberian Branch of the RASИнститут геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН151220246779929052025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0016-853X/article/view/681333

The article presents the first results of isotope-geochemical (Sm‒Nd, Rb‒Sr) and geochronological (U‒Pb LA-ICP-MS) studies of Cambrian volcanic-sedimentary strata (Terek and Ezhim formations) of the Systighem terrane (Central Tuva). It was established that the origin of the primary basaltic magmas of the Terek and Ezhim formations is associated with the partial melting of a mantle source (OIB type), metasomatically worked through by processes associated with contamination during the melting of a dehydrated slab. Their formation occurred in the rift-type basins marking extension processes in the rear part of the accretionary complex with transitional or continental-type crust opposite the background of subduction of the Paleo-Asian Ocean crust beneath it.

The formation of volcanogenic-sedimentary strata of the Terek and Ezhim formations occurred closely simultaneously in the interval of 512‒510 Ma. Similar isotope-geochemical characteristics of the composition of volcanic rocks of the studied formations (εNd(510) = +3.9 to –0.45 and εNd(510) = +4.5 to –0.23) and the time of their formation indicate that they are a single sequence, which is in the process of folding or other tectonic processes was divided into disconnected fragments, deformed and displaced relative to each other by horizontal movements during the course of accretion-collision events. On the modern erosional section, they are represented by a series of combined tectonic plates, altered to varying degrees, thrust upon each other and, most likely, on an existing and buried continental block.

В статье приведены новые полученные результаты изотопно-геохимических (Sm‒Nd, Rb‒Sr) и геохронологических (U‒Pb LA-ICP-MS) исследований кембрийских вулканогенно-осадочных толщ (терекская и эжимская свиты) Систигхемского террейна (Центральная Тува). Установлено, что происхождение первичных базальтовых магм терекской и эжимской свит связано с частичным плавлением мантийного источника (типа OIB), метасоматически проработанного процессами, связанными с контаминацией при подплавлении дегидратированого слэба. Их формирование происходило в бассейнах рифтогенного типа, маркирующих процессы растяжения в тыловой части аккреционного комплекса с корой переходного типа на фоне субдукции под комплекс коры Палеоазиатского океана.

Формирование вулканогенно-осадочных толщ терекской и эжимской свит происходило одновременно в интервале 512‒510 млн лет. Близкие изотопно-геохимические характеристики состава вулканогенных пород исследованных свит (εNd(510) = +3.9 до –0.45 и εNd(510)= +4.5 до –0.23) и время их формирования указывают на то, что они являются единой толщей, которая в процессе складчатости была разделена на фрагменты, деформированные и смещенные друг относительно друга горизонтальными движениями в ходе проявленных аккреционно-коллизионных событий. На современном эрозионном срезе они представлены серией совмещенных тектонических пластин в разной степени измененными, надвинутыми друг на друга и на докембрийский континентальный блок.

Central Asian Fold BeltSystighem terraneCentral TuvaCambrianvolcanogenic-sedimentary strataisotope-geochemical compositionU‒Pb-geochronologytectonic modelЦентрально-Азиатский складчатый поясСистигхемский террейнЦентральная Тувакембрийвулканогенно-осадочные толщиизотопно-геохимический составU‒Pb геохронологиятектоническая модельРоссийский научный фондRussian Science Foundation22-77-10069Правительство Российской ФедерацииGovernment of the Russian FederationFWZN-2022-0036Берзин Н.А., Кунгурцев Л.В. Геодинамическая интерпретация геологических комплексов Алтае-Саянской складчатой области // Геология и геофизика. 1996. № 1. С. 63–81.Бродникова Е.А., Ветров Е.В., Летникова Е.Ф., Иванов А.В., Руднев С.Н. Позднерифейские и вендские гранитоиды в источниках сноса раннекембрийских грубозернистых пород баянкольской свиты Систигхемского прогиба Тувы // Геология и геофизика. 2022. Т. 63. № 6. С. 783‒800.Ветров Е.В., Черных А.И., Бабин Г.А. Раннепалеозойский гранитоидный магматизм Восточно-Таннуольского сектора Тувинского магматического пояса: геодинамическая позиция, возраст и металлогения // Геология и геофизика 2019. T. 60. №5. C. 641‒655.Ветров Е.В., Уваров А.Н., Ветрова Н.И., Летников Ф.А., Вишневская И.А., Жимулев Ф.И., Андреева Е.С., Червяковская М.В. Петрогенезис деспенских вулканогенных образований среднепозднеордовикской вулканоплутонической ассоциации Таннуольского террейна (юго-запад Тувы) // Геология и геофизика. 2021. Т. 62. № 6. С. 782‒799.Гордиенко И.В. Вулканизм различных геодинамических обстановок Центрально-Азиатского складчатого пояса // Литосфера. 2004. № 3. С. 4‒16.Гордиенко И.В., Ковач В.П., Елбаев А.Л., Котов А.Б., Сальникова Е.Б., Резницкий Л.З., Яковлева С.З., Анисимова И.В. Возраст и условия формирования коллизионных гранитоидов Джидинской зоны Центрально-Азиатского складчатого пояса, Юго-Западное Забайкалье // Петрология. 2012. Т. 20. № 1. С. 45–65.Геологическая карта СССР. ‒ М-б 1:200 000. ‒Серия Западно-Саянская. ‒ Лист M-46-IV (Баян-Кол). ‒ М.: Госгеолтехиздат, 1963. 1 лист.Добрецов Н.Л., Буслов М.М. Позднекембрийско-ордовикская тектоника и геодинамика Центральной Азии) // Геология и геофизика. 2007. Т. 48. № 1. С. 93‒108.Донская Т.В., Скляров Е.В., Гладкочуб Д.П. Прибайкальский коллизионный метаморфический пояс // ДАН. 2000. Т. 347. № 1. С. 79‒83.Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И., Натапов Л.М. Тектоника литосферных плит территории СССР. ‒ Под ред. В.Е. Хаина ‒ М.: Недра, 1990. Кн. 1. 328 с.Иванов А.В., Летникова Е.Ф., Школьник С.И., Прошенкин А.И., Бродникова Е.А. Возраст пород шурмакской свиты по данным U‒Pb датирования цирконов методом LA-ICP-MS (Юго-Восточная Тува) // Вестн. СПбГУ. Науки о Земле. 2020. Т. 65. № 4. С.702‒716.Иванов А.В., Летникова Е.Ф., Школьник С.И., Маслов А.В., Ветрова Н.И. Фрагмент раннекембрийской континентальной окраины в структуре Тувинского сегмента ЦАСП (терегтигская свита): результаты U‒Pb датирования циркона и Sr-хемостратиграфия // ДАН. 2023. Т. 512. № 2. С. 5‒13.Коровников И.В. Новые находки трилобитов в нижнем кембрии Центральной Тувы (юг Западной Сибири) // Новости палеонтологии и стратиграфии. Приложение к журналу “Геология и геофизика”. 2000. № 2-3. С. 39‒46.Котов А.Б., Сальникова Е.Б., Резницкий Л.З., Васильев Е.П., Казаков И.К., Яковлева С.З., Ковач В.П., Бережная Н.Г. О возрасте метаморфизма Слюдянского кристаллического комплекса (Южное Прибайкалье): результаты U‒Pb геохронологических исследований гранитоидов // Петрология. 1997. Т. 5. № 4. С. 227‒239.Кузьмичев А.Б. Тектоническая история Тувино-Монгольского массива: раннебайкальский, позднебайкальский и раннекаледонский этапы. ‒ Под ред. Е.В. Склярова ‒ М.: ПРОБЕЛ, 2004. 192 с.Куренков С.А., Диденко А.Н., Симонов В.А. Геодинамика палеоспрединга. ‒ Под ред. Ю.Г. Леонова ‒ М.: ГЕОС, 2002. 294 с.Летникова Е.Ф., Вещева С.В., Прошенкин А.И., Кузнецов А.Б. Неопротерозойские терригенные отложения Тувино-Монгольского массива: геохимическая корреляция, источники сноса, геодинамическая реконструкция // Геология и геофизика. 2011. Т. 52. № 12. С. 2110‒2121.Монгуш А.А., Лебедев В.И., Ковач В.П., Сальникова Е.Б., Дружкова Е.К., Яковлева С.З., Плоткина Ю.В., Загорная Н.Ю., Травин А.В., Серов П.А. Тектономагматическая эволюция структурно-вещественных комплексов Таннуольской зоны Тувы в позднем венде‒раннем кембрии // Геология и геофизика. 2011а. Т. 52. №5. С. 649‒665.Монгуш А.А., Лебедев В.И., Травин А.В., Ярмолюк В.В. Офиолиты Западной Тувы – фрагмент поздневендской островной дуги Палеоазиатского океана // ДАН. 2011б. Т. 438. № 6. С. 796‒802.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.Ревяко Н.М., Костицын Ю.А., Бычкова Я.В. Взаимодействие расплава основного состава с вмещающими породами при формировании расслоенного интрузива Кивакка, Северная Карелия // Петрология. 2012. Т. 20. № 2. С. 115‒135.Руднев С.Н., Ковач В.П., Пономарчук В.А. Венд-раннекембрийский островодужный плагиогранитоидный магматизм Алтае-Саянской складчатой области и Озерной зоны Западной Монголии (геохронологические, геохимические и изотопные данные) // Геология и геофизика. 2013. Т. 54. № 10. С. 1628–1647.Руднев С.Н. Раннепалеозойский гранитоидный магматизм Алтае-Саянской складчатой области и Озерной зоны Западной Монголии. ‒ Под ред. Г.В. Полякова ‒ Новосибирск: СО РАН, 2013. 300 с.Симонов В.А., Котляров А.В., Ступаков С.И., Третьяков Г.А. Палеогеодинамика офиолитов Тувы. ‒ В кн.: Эволюция тектонических процессов в истории Земли. ‒ Мат-лы XXXVII Тектон. совещ. Межвед. тектон. комитета СО РАН. ‒ Новосибирск: Гео, 2004. Т.1. С. 166‒169.Школьник С.И., Летникова Е.Ф, Резницкий Л.З., Иванов А.В., Прошенкин А.И. Этапы тектоно-магматической активизации в зоне сочленения Сибирской платформы и Таннуольско-Хамсаринского сегмента ЦАСП (по результатам U‒Pb изотопных исследований) // ДАН. 2021. Т. 498. № 2. С. 115‒120.Black L.P., Kamo S.L., Allen C.M., Davis D.W., Aleinikoff J.N., Valley J.W., Mundil R., Campbell I.H., Korsch R.J., Williams I.S., Foudoulis C. Improved 206Pb/238U Microprobe geochronology by monitoring of Trace Element Related Matrix Effect; SHRIMP, ID TIMS, ELA ICP MS and Oxygen Isotope Documentation for series of zircon standards // Chem. Geol. 2004. Vol.205. No.1-2. P.115–140.Cabanis B., Lecolle M. Diagramme La/10-Y/15-Nb/8: Un outil pour la discrimination des séries volcaniques et la mise en évidence des processus de mélange et/ou de contamination crustale // Compte Rendus de I’Académie des Sci. Ser. II. Vol. 309. P. 2023–2029. (In French).Dampare S.B., Shibata T., Asiedu D.K., Osae S., Banoeng-Yakubo B. Geochemistry of Paleoproterozoic metavolcanic rocks from the southern Ashanti volcanic belt, Ghana: Petrogenetic and tectonic setting implications // Precambian Reseaarch. 2008. Vol. 162. P. 403‒423.Goldstein S.J., Jacobsen S.B. Nd and Sr isotopic systematics of river water suspended material ‒ implications for crustal evolution // Earth Planet. Sci. Lett. 1988. Vol. 87 No.3. P. 249‒265.Griffin W.L., Powell W.J., Pearson N.J., O’Reilly S.Y. GLITTER: Data reduction software for laser ablation ICP-MS. ‒ In: Laser Ablation ICP-MS in the Earth Sciences: Current practices and outstanding issues. ‒ Ed.by P. Sylvester, (Mineral. Assoc. Canada, Short Course Ser. 2008. Vol. 40), P. 307–311.Jacobsen S.B., Wasserburg G.J. Sm-Nd isotopic evolution of chondrites and achondrites, II // Earth Planet. Sci. Lett. 1984. Vol. 67. No.2. P. 137‒150.Jahn B.M., Wu F., Lo C.H., Tsai C.H. Crust–mantle interaction induced by deep subduction of the continental crust: geochemical and Sr–Nd isotopic evidence from post-collisional mafic–ultramafic intrusions of the northern Dabie complex, central China // Chem. Geol. 1999. Vol. 157. 119‒146.Ludwig K.R. Isoplot. V. 4.15: A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel. ‒ Berkeley Geochron. Center Sp. Publ. 2011. Vol.4. 75p.Panteeva S.V., Gladkochoub D.P., Donskaya T.V., Markova V.V., Sandimirova G.P. Determination of 24 trace elements in felsic rocks by inductively coupled plasma mass spectrometry after lithium metaborate fusion // Spectrochimica Acta. Part B: Atomic Spectroscopy. 2003. Vol.58. P. 341–350.Parfenov L.M., Khanchuk A.I., Badarch G., Miller R.J., Naumova V.V., Nokleberg W.J., Ogasawara M., Prokopiev A.V., Yan H., Belichenko V., Berzin N.A., Bulgatov A.N., Byamba J., Deikunenko A.V., Dong Y., Dril S.I., Gordienko I.V., Hwang D.H., Kim B.I., Korago E.A., Kos’ko M.K., Kuzmin M.I., Orolmaa D., Oxman V.S., Popeko L.I., Rudnev S.N., Sklyarov E.V., Smelov A.P., Sudo S., Suprunenko O.I., Sun F., Sun J., Sun W., Timofeev V.F., Tret’yakov F.F., Tomurtogoo O., Vernikovsky V.A., Vladi Mirov A.G., Wakita K., Ye M., Zedgenizov A.N. Preliminary Northeast Asia geodynamics map. ‒Scale 1:5 000 000. ‒ (U.S. Geological Surv. Open-File Rep. 03-205. 2003), 2 sh.Paton Ch., Hellstrom J.C., Paul P., Woodhead J.D., Hergt J.M. Iolite: Freeware for the visualization and processing of mass spectrometric data // J. Analyt. Atom. Spectrom. 2011. Vol.26. P. 2508–2518.Powerman V.I., Buyantuev M., Ivanov A.V. A review of detrital zircon data Treatment, and launch of a new tool “Dezirteer” along with the suggested universal workflow // Chem. Geol. 2021. Vol. 583. Art.120437. Doi: https://doi.org/10.5800/GT-2023-14-5-0718Pfänder J.A., Jochum K.P., Kozakov I., Kröner A., Todt W. Coupled evolution of back-arc and island arc-like mafic crust in the late-Neoproterozoic Agardagh Tes-Chem ophiolite, Central Asia: Evidence from trace element and Sr–Nd–Pb isotope data // Contrib. Mineral. Petrol. 2002. Vol. 143. P. 154‒174.Vetrov E.V., Vetrova N.A., Pikhutin E.A. Geochronology and geochemistry of early Paleozoic granitic and coeval mafic rocks from the Tannuola terrane (Tuva, Russia): Implications for transition from a subduction to post-collisional setting in the northern part of the Central Asian Orogenic Belt // Gondvana Research. 2024. Vol. 125. P. 130‒149.Pearce J.A., Ernst R.E., Peate D.W., Rogers C. LIP printing: Use of immobile element proxies to characterize Large Igneous Provinces in the geologic record // Lithos. 2021. Vol. 392-393. P. 1‒28.Saunders A.D., Norry M.J., Tarney J. Origin of MORB and chemically-depleted mantle reservoirs: trace element constraints // J. Petrol. 1988. Spec. Lithosph. Is. P. 415‒445.Sláma J., Košler J., Condon D.J., Crowley J.L., Gerdes A., Hanchar J.M. Horstwood M.S.A., Morris G.A. Plešovice zircon – A new natural reference material for U‒P-band Hf-isotopic microanalysis // Chem. Geol. 2008. Vol. 249. No. 1–2. P. 1–35.Shervais, J.W. Ti-V plots and the petrogenesis of modern and ophiolitic lavas // Earth Planet. Sci. Lett. 1982. Vol.59. P. 101.Shkolnik S., Letnikova E., Vetrov E., Ivanov A., Reznitsky L., Proshenkin A. Proterozoic-Paleozoic tectonic evolution of the northern Central-Asian Orogenic Belt: New constraints from igneous and metamorphosed rocks of the Khamsara Terrane (East Sayan, Russia) // J. Asian Earth Sci. 2023. Vol. 255. Art.105785. Doi:10.1016/j.jseaes.2023.105785Sun S, McDonough W.F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: Implications for mantle composition and processes. ‒ In: Magmatism in Oceanic Basins. ‒ Ed.by A.D. Saunders, M.J. Norry, (Geol. Soc. London. Spec. Publ. 1989. Vol. 42), P. 313‒345.Wang Y.J., Zhao G.C., Fan W.M., Peng T.P., Sun L.H., Xia X. P. LA-ICP-MS U‒Pb zircon geochronology and geochemistry of Paleoproterozoic mafic dykes from western Shandong Province: Implication for back-arc basin magmatism in the Eastern Block, North China Craton // Precambrian Research. 2007. Vol. 154. P. 107‒124.Wiedenbeck M.P.A., 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 ele P. .Winchester J.A., Floyd P.A. Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements // Chem. Geol. 1977. Vol. 20. P. 325‒343.Winchester J. A., Park K. G., Holland J. G. The geochemistry of Levisian semipelitic schists from the Gairloch district western Ross // Scott. J. Geol. 1980. Vol.16. P.165–179.Zindler A., Hart S. Chemical geodynamics // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 1986. Vol.14. P. 493–571.ЦКП, http://crust.irk.ru/industry/analytics.html (Accessed April, 2024)