Сосуществующие бадделеит и циркон в раннеэоценовых андезитах Сихотэ-Алиня: U-Pb геохронология, элементы-примеси, петрологические и тектонические следствия

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В кайнозойских субщелочных андезитах на севере Сихотэ-Алиня найдены относительно крупные кристаллы бадделеита (до 100 мкм) и циркона (до 400 мкм). Причины такой редкой для вулканитов ассоциации Zr-минералов обсуждаются на основании петрологических характеристик андезитов, U-Pb изотопного датирования и результатов изучения содержаний элементов-примесей в бадделеите и цирконе. Андезиты содержат редкие вкрапленники клинопироксена, кристаллизация которых происходила в температурном интервале 1090–1150°С. Мелкозернистый матрикс сложен пироксеном, плагиоклазом, роговой обманкой, ильменитом и кислыми доменами, которые состоят из K-Na полевых шпатов, кварца и кислого стекла и образовались при Т = 926°С. Акцессорные бадделеит и циркон приурочены к кислым доменам. U-Pb возраст бадделеита 52.7 ± 1.1 млн лет (СКВО = 2.6) может быть использован как предварительная оценка возраста кристаллизации андезитовых расплавов. Значения возраста 206Pb*/238U циркона варьируют от 46 до 56 млн лет. Наиболее молодые значения возраста (46–49 млн лет), вероятно, отражают частичное нарушение изотопной системы, вызванное высокими содержаниями U (до 1.3 мас. %) и Th (до 3.8 мас. %). В бадделеите установлено снижение концентраций Hf (от 7742 до 2869 мкг/г), Y и тяжелых РЗЭ, что могло быть связано с его кристаллизацией в конкуренции с амфиболом. Отрицательные Eu-аномалии в бадделеите и цирконе свидетельствуют о их росте одновременно с полевыми шпатами. Высокие концентрации тяжелых РЗЭ, U и Th в цирконе указывают на его кристаллизацию из обогащенных остаточных расплавов. Оценки температуры кристаллизации циркона на основе геотермометра “Ti в цирконе” (800–990°С) сопоставимы с таковыми для кислых доменов. Таким образом, составы бадделеита и циркона предполагают их кристаллизацию на поздних стадиях эволюции расплава, которая могла происходить в промежуточной магматической камере. Изученные раннеэоценовые андезиты в истории магматизма Сихотэ-Алиня занимают период между предшествующими палеоцен–раннеэоценовыми риолитами А-типа (61–53 млн лет) и последующими эоцен–миоценовыми базальтами (40–20 млн лет). С этим периодом связывается растяжение литосферы за счет разрыва сплошности погружавшейся океанической плиты и открытия “мантийного окна”, и изученные раннеэоценовые андезиты, вероятно, маркируют пик этого тектонического события.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. В. Родионов

Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского

Email: samsonovigem@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Т. Н. Сурин

Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского

Email: samsonovigem@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Б. В. Беляцкий

Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского

Email: samsonovigem@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

В. А. Медведев

ООО “Теллур Северо-Восток”

Email: samsonovigem@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. В. Степанова

Институт геологии Карельского научного центра РАН

Email: samsonovigem@mail.ru
Россия, Петрозаводск

А. В. Самсонов

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН; Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского

Автор, ответственный за переписку.
Email: samsonovigem@mail.ru
Россия, Москва; Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Буханченко А.И., Григорьев В.Б., Иванов А.П., Романов Б.И. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:200 000 (2-е поколение). Серия Комсомольская. Лист М-53-IV. Объяснительная записка. СПб.: Картфабрика ВСЕГЕИ, 1981. 299 с.
  2. Гребенников А.В., Касаткин С.А., Федосеев Д.Г., Ханчук А.И. Среднепалеоцен–раннеэоценовый (60.5–53 млн лет) этап магматизма на юге Дальнего Востока России // Тихоокеанская геология. 2020. Т. 39. С. 34–40.
  3. Куделько И.Ю., Петрушков Б.С., Юрченко Ю.Ю. и др. Отчет о результатах работ по объекту “Проведение в 2018–2020 годах региональных геолого-съемочных работ масштаба 1:200000 на группу листов в пределах Дальневосточного ФО (Южные районы)”. СПб.: ВСЕГЕИ, 2020. Кн. 2. РГФ № 540066.
  4. Мартынов Ю.А., Чащин А.А., Симаненко В.П., Мартынов А.Ю. Маастрихт-датская андезитовая серия Восточного Сихотэ-Алиня: минералогия, геохимия и вопросы петрогенезиса // Петрология. 2007. Т. 15. № 3. С. 282–303.
  5. Сальникова Е.Б., Степанова А.В., Азимов П.Я. и др. История формирования коронитовых метагаб-броноритов Беломорской провинции Фенноскандинавского щита: результаты U-Pb (СА-ID-TIMS) датирования циркон-бадделеитовых агрегатов // Петрология. 2022. Т. 30. № 6. С. 596–622.
  6. Тиньков Е.А. Геологическое строение и полезные ископаемые бассейна р. Дуки // Отчет о результатах групповой геологической съемки масштаба 1:50 000 и поисковых работ в бассейне р. Дуки на площади 3030 км2, проведенных Амгунской-80 партией в 1980–1985 гг. 1985 г.
  7. Файн Я. И., Шуршалина В. А., Нелюбин В. П., Шевченко В.К. Геология, подземные воды, полезные ископаемые бассейна среднего течения р. Амгунь. Лист N-54-XXV. (Результаты комплексных геолого-съемочных работ масштаба 1:200 000 партии 314 за 1956–1958 гг.). 1958.
  8. Шаруева Л.И., Саутченкова Р.А., Макар В.И. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:1 000 000 (3-е поколение). Серия Дальневосточная. Лист N-54 (Николаевск-на-Амуре). Объяснительная записка. 2014. СПб.: Картфабрика ВСЕГЕИ, 496 с.
  9. Ханчук А.И., Гребенников А.В., Иванов В.В. Альб-сеноманские окраинно-континентальный орогенный пояс и магматическая провинция Тихоокеанской Азии // Тихоокеанская геология. 2019. Т. 38. С. 4–29.
  10. Allibon J., Ovtcharova M., Bussy F. et al. Lifetime of an ocean island volcano feeder zone: Constraints from U-Pb dating on coexisting zircon and baddeleyite, and 40Ar/39Ar age determinations, Fuerteventura, Canary Islands // Can. J. Earth Sci. 2011. V. 48. P. 567–592.
  11. Bea F., Bortnikov N., Cambeses A. et al. Zircon crystallization in low-Zr mafic magmas: Possible or impossible? // Chem. Geol. 2022. V. 602. 120898.
  12. Bindeman I.N., Valley J.W. Low-δ18O rhyolites from Yellowstone: Magmatic evolution based on analyses of zircons and individual phenocrysts // J. Petrol. 2001. V. 42. P. 1491–1517
  13. Borisov A., Aranovich L. Zircon solubility in silicate melts: New experiments and probability of zircon crystallization in deeply evolved basic melts // Chem. Geol. 2019. V. 510. P. 103–112.
  14. Chamberlain K.R., Schmitt A.K., Swapp S.M. et al. In situ U-Pb SIMS (IN-SIMS) microbaddeleyite dating of mafic rocks: Method with examples // Precambr. Res. 2010. V. 183. P. 379–387.
  15. Davies J.H.F.L., Marzoli A., Bertrand H. et al. Zircon petrochronology in large igneous provinces reveals upper crustal contamination processes: New U-Pb ages, Hf and O isotopes, and trace elements from the Central Atlantic magmatic province (CAMP) // Contrib. Mineral. Petrol. 2021. V. 176. № 9.
  16. Deer W.A., Howie R.A., Zussman J. An Introduction to the Rock forming Minerals. 3rd ed. London: Longman, 2013. 498 p.
  17. Ewart A., Marsh J.S., Milner S.C. et al. Petrology and geochemistry of Early Cretaceous bimodal continental flood volcanism of the NW Etendeka, Namibia. Part 2: characteristics and petrogenesis of the high-Ti latite and high-Ti and low-Ti voluminous quartz latite eruptives // J. Petrol. 2004. V. 45. P. 107–138.
  18. Ewing R.C., Meldrum A., Wang L.-M. et al. Radiation effects in zircons // Rev. Mineral. Geochem. 2003. V. 53. P. 387–425.
  19. Fan H.-P., Zhu W.-G., Li Zh.-X. et al. Ca. 1.5 Ga mafic magmatism in South China during the break-up of the supercontinent Nuna/Columbia: The Zhuqing Fe-Ti-V oxide ore-bearing mafic intrusions in western Yangtze Block // Lithos. 2013. V. 168–169. P. 85–98.
  20. Foley S.F., Venturelli G., Green D.H., Toscani L. The ultrapotassic rocks: Characteristics, classification, and constraints for petrogenetic models // Earth-Sci. Rev. 1987. V. 24. P. 81–134.
  21. Grebennikov A.V., Kasatkin S.A. Paleocene A-type igneous suites in the Sikhote-Alin (the East Asian continental margin): Petrological, geochronological, isotopic, and geodynamic constraints // Geosci. Frontiers. 2023. V. 14. 101673.
  22. Grebennikov A.V., Kemkin I.V., Khanchuk A.I. Paleocene–early Eocene post-subduction magmatism in Sikhote-Alin (Far East Russia): New constraints for the tectonic history of the Izanagi-Pacific ridge and the East Asian continental margin // Geosci. Frontiers. 2021. V. 12. 101142.
  23. Gudelius D., Zeh A., Wilson A.H. Zircon formation in mafic and felsic rocks of the Bushveld Complex, South Africa: Constraints from composition, zoning, Th/U ratios, morphology, and modeling // Chem. Geol. 2020. V. 546. 119647.
  24. Guitreau M., Flahaut J. Record of low-temperature aqueous alteration of Martian zircon during the late Amazonian // Nature Communicat. 2019. V. 10. 2457.
  25. Hanchar J.M., Hoskin P.W.O. Zircon // Rev. Mineral. Geochem. 2003. V. 53. P. 1–600.
  26. Heaman L.M., LeCheminant A.N. Paragenesis and U-Pb systematics of baddeleyite (ZrO2) // Chem. Geol. 1993. V. 110. P. 95–126.
  27. Hoskin P.W.O., Kinny P.D., Wyborn D., Chappell B.W. Identifying accessory mineral saturation during differentiation in granitoid magmas: An integrated approach // J. Petrol. 2000. V. 41. P. 1365–1396.
  28. Hughes C.J. Spilites, keratophyres, and the igneous spectrum // Geol. Mag. 1972. V. 109. P. 513–527.
  29. Hui B., Dong Y., Qu H. et al. Xenocrystic zircons from mafic volcanic rocks in the Bikou Terrane: A window to trace the Paleoarchean to Mesoproterozoic crustal evolution of the northwestern Yangtze Block, South China // Precambr. Res. 2024. V. 403. 107327.
  30. Janasi V.D.A., de Freitas V.A., Heaman L.H. The onset of flood basalt volcanism, Northern Paraná Basin, Brazil: A precise U-Pb baddeleyite/zircon age for a Chapecó-type dacite // Earth Planet. Sci. Lett. 2011. V. 302. P. 147–153.
  31. Kasatkin S.A., Grebennikov A.V. The early Paleogene strike-slip tectonic setting at the northeastern Asian margin: Magmatism and structural evidences // Intern. Geol. Rev. 2023. V. 65. P. 2288–2314.
  32. Khanchuk A.I., Kemkin I.V., Kruk N.N. The Sikhote-Alin orogenic belt, Russian South East: terranes and the formation of continental lithosphere based on geological and isotopic data // J. Asian Earth Sci. 2016. V. 120. P. 117–138.
  33. Kontak D.J., DeWolfe M.Y., Dostal J. Late-stage crystallization history of the Jurassic North Mountain Basalt, Nova Scotia: I. Evidence for pervasive silicate-liquid immiscibility // Canad. Mineral. 2002. V. 40. P. 1287–1311.
  34. Krogh T.E., Corfu F., Davis D.W. et al. Precise U-Pb isotopic ages of diabase dykes and mafic to ultramafic rocks using trace amounts of baddeleyite and zircon // Еds. H.C. Halls, W.F. Fahrig. Mafic Dyke Swarms. 1987. GAC Special Paper. V. 34. P. 147–152.
  35. Le Bas M.J., Le Maitre R.W., Streckeisen A., Zanet-tin B. A chemical classification of volcanic rocks based on the total alkali-silica diagram // J. Petrol. 1986. V. 27. P. 745–750.
  36. Li L., Shi Y., Anderson J.L., Ubide T. et al. Dating mafic magmatism by integrating baddeleyite, zircon, and apatite U-Pb geochronology: A case study of Proterozoic mafic dykes/sills in the North China Craton // Lithos. 2021. V. 380–381. 105820.
  37. Lumpkin G.R. Physical and chemical characteristics of baddeleyite (monoclinic zirconia) in natural environments: An overview and case study // J. Nucl. Mater. 1999. V. 274. P. 206–217.
  38. Martynov Yu.A., Khanchuk A.I., Grebennikov A.V. et al. Late Mesozoic and Cenozoic volcanism of the East Sikhote-Alin area (Russian Far East): A new synthesis of geological and petrological data // Gondwana Res. 2017. V. 47. P. 358–371.
  39. McDonough W.F., Sun S.-S. The composition of the Earth // Chem. Geol. 1995. V. 120. P. 223–253.
  40. Morimoto N., Fabriès J., Ferguson A.K. et al. Nomenclature of pyroxenes // Amer. Mineral. 1988. V. 73. P. 1123–1133.
  41. Murakami T., Chakoumakos B.C., Ewing R.C. et al. Alpha-decay event damage in zircon // Amer. Mineral. 1991. V. 76. P. l5l0–1532.
  42. Nasdala L., Hofmeister W., Norberg N. et al. Zircon M257 – a homogeneous natural reference material for the ion microprobe U-Pb analysis of zircon // Geostand. Geoanal. Res. 2008. V. 32. P. 247–265.
  43. Neave D.A., Putirka K.D. A new clinopyroxene-liquid barometer, and implications for magma storage pressures under Icelandic rift zones // Ameri. Mineral. 2017. V. 102. C. 777–794.
  44. Nekvasil H., Burnham C.W. The calculated individual effects of pressure and water content on phase equilibria in the granite system // Еd. В.О. Mysen. Magmatic Processes: Physicochemical Principles. Geochem. Soc. Spec. Publ. 1987. V. 1. P. 433–445.
  45. Okamura S., Martynov Yu.A., Furuyama K., Nagao K. K-Ar ages of the basaltic rocks from Far East Russia: constraints on the tectono-magmatism associated with the Japan Sea opening // The Island Arc. 1998. V. 7. P. 271–282.
  46. Rodionov N.V., Belyatsky B.V., Antonov A.V. et al. Comparative in-situ U-Th-Pb geochronology and trace element composition of baddeleyite and low-U zircon from carbonatites of the Palaeozoic Kovdor alkaline–ultramafic complex, Kola Peninsula, Russia // Gondwana Res. 2012. V. 21. P. 728–744.
  47. Rubatto D., Hermann J. Chemical experimental zircon/melt and zircon/garnet trace element partitioning and implications for the geochronology of crustal rocks // Geology. 2007. V. 241. P. 38–61.
  48. Schaltegger U., Davies J.H.F.L. Petrochronology of zircon and baddeleyite in igneous rocks: Reconstructing magmatic processes at high temporal resolution // Rev. Mineral. Geochem. 2017. V. 83. P. 297–328.
  49. Söderlund U., Johansson L. A simple way to extract baddeleyite (ZrO2) // Geochem. Geoph. Geosyst. 2002. V. 3. Iss. 2. https://doi.org/10.1029/2001GC000212
  50. Vermeesch P. IsoplotR: A free and open toolbox for geochronology // Geosci. Front. 2018. V. 9. P. 1479–1493.
  51. Wang T., Zheng J., Zhao H. Unexposed Archean components and complex evolution beneath the Cathaysia Block: Evidence from zircon xenocrysts in the Cenozoic basalts in Leizhou Peninsula, South China // J. Asian Earth Sci. 2020. V. 192. 104268.
  52. Wang X., Hou T., Wang M. et al. A new clinopyroxene thermobarometer for mafic to intermediate magmatic systems // Eur. J. Mineral. 2021. V. 33. P. 621–637.
  53. Watson E.B., Wark D.A., Thomas J.B. Crystallization thermometers for zircon and rutile // Contrib. Mineral. Petrol. 2006. V. 151. P. 413–433.
  54. Wedepohl K.H., Hartmann G. The composition of the primitive upper Earth’s mantle // Eds. H.O.A. Meyer, O.H. Leonardos. Kimberlites, related rocks and mantle xenoliths. Rio de Janeiro: Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais, 1994. V. 1. P. 486–495.
  55. Wen S., Nekvasil H. SOLVCALC; an interactive graphics program package for calculating the ternary feldspar solvus and for two-feldspar geothermometry // Comput. Geosci. 1994. V. 20. P. 1025–1040.
  56. White L.T., Ireland T.R. High-uranium matrix effect in zircon and its implications for SHRIMP U-Pb age determinations // Chem. Geol. 2012. V. 306–307. P. 78–91.
  57. Wiedenbeck M., Hanchar J.M., Peck W.H. et al. Further characterisation of the 91500 zircon crystal // Geostandards Geoanalytical Res. 2004. V. 28. P. 9–39.
  58. Williams I.S., Hergt J.M. U-Pb dating of Tasmanian dolerites: A cautionary tale of SHRIMP analysis of high-U zircon // Eds. J.D. Woodhead, J.M. Hergt, W.P. Noble. New Frontiers in Isotope Geoscience. Lorne, Australia. 2000. P. 185–188.
  59. Wingate M.T.D., Compston W. Crystal orientation effects during ion microprobe U-Pb analysis of baddeleyite // Chem. Geol. 2000. V. 168. P. 75–97.
  60. Wu F.-Y., Yang Y.-H., Li Q.-L. et al. In situ determination of U-Pb ages and Sr-Nd-Hf isotopic constraints on the petrogenesis of the Phalaborwa carbonatite complex, South Africa // Lithos. 2011. V. 127. P. 309–322.
  61. Wu J.T.-J., Jahn B.-M., Nechaev V. et al. Geochemical characteristics and petrogenesis of adakites in the Sikhote-Alin area, Russian Far East // J. Asian Earth Sci. 2017. V. 145. P. 512–529.
  62. Wu W.N., Schmitt A.K., Pappalardo L. U-Th baddeleyite geochronology and its significance to date the emplacement of silica undersaturated magmas // Amer. Mineral. 2015. V. 100. P. 2082–2090.
  63. Yakymchuk C., Holder R.M., Kendrick J., Moyend J.-F. Europium anomalies in zircon: A signal of crustal depth? // Earth Planet. Sci. Lett. 2023. V. 622. 118405.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Тектоническая схема Сихотэ-Алиня по данным (Khanchuk et al., 2016; Okamura et al., 1998; Grebennikov et al., 2021).

Скачать (4MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Андезитовый покров в нижнем течении р. Амгунь в районе пос. Красный Яр: (а) – фотография; (б) – схема геологического строения; (в–г) – представительные образцы массивных (в) и миндалекаменных (г) андезитов. Координаты обнажения в WGS84: 52°49.545' с.ш., 138°25.507' в.д.

Скачать (6MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Петрографические особенности андезитов р. Амгунь, микрофотографии в обратно-отраженных электронах, обр. 119153/2. (а) – вкрапленник клинопироксена в тонкозернистой основной массе; (б) – полевые шпаты, клинопироксен, кварц, апатит и бадделеит в основной массе вулканитов; (в) – зерно бадделеита в основной массе вулканита; (г) – идиоморфные зерна K-Na полевых шпатов в тонкозернистой кварцевой массе.

Скачать (5MB)
Метаданные
5. Рис. 4. (а) Положение точек состава Cpx из раннеэоценовых андезитов р. Амгунь на классификационной диаграмме (Morimoto, 1988); (б) положение точек состава полевых шпатов на классификационной диаграмме (Deer et al., 2013).

Скачать (682KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Дискриминантные диаграммы, в мас. %: (а) 100 × K₂O/(K₂O + Na₂O)–(Na₂O + K₂O) (Hughes, 1972); (б) SiO₂–(Na₂O + K₂O) (Le Bas et al., 1986); (в) Na₂O–K₂O (Foley et al., 1987); (г) – диаграммы Харкера для андезитов р. Амгунь. Пунктирными кружками отмечен датируемый образец 119153/2.

Скачать (1MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Нормированные к примитивной мантии (Wedepohl, Hartmann, 1994) вариации содержаний редких элементов в массивных (а) и миндалекаменных (б) андезитов р. Амгунь. Розовым полем на рис. (б) показаны вариации элементов с рис. (а).

Скачать (753KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Бадделеит из обр. 119153/2 андезитов р. Амгунь: (а) – изображение зерен в проходящем свете, (б) – в обратно-отраженных электронах, (в) – в катодолюминесценции.

Скачать (1MB)
Метаданные
9. Рис. 8. U–Pb диаграмма с конкордией для бадделеита из обр. 119153/2 андезитов р. Амгунь. Конкордантный возраст 52.68 ± 1.06 млн лет (СКВО = 0.35/2.6, n = 28).

Скачать (595KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Циркон из обр. 119153/2 андезитов р. Амгунь: (а) – изображение зерен в проходящем свете, (б) – в обратно-отраженных электронах, (в) – в катодолюминесцеции.

Скачать (2MB)
Метаданные
11. Рис. 10. U–Pb диаграмма с конкордией для циркона обр. 119153/2 из андезитов р. Амгунь по всем точкам. Конкордантный возраст 48.89 ± 0.71 млн лет (СКВО = 20/5.3, n = 22).

Скачать (607KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Диаграммы парной корреляции Hf и элементов/индикаторных отношений для бадделеита (Bdy) и циркона (Zrn) из андезитов р. Амгунь.

Скачать (1MB)
Метаданные
13. Рис. 12. Спектры распределения РЗЭ, нормированные к хондриту (McDonough, Sun, 1995), в бадделеите и цирконе из андезитов р. Амгунь.

Скачать (1MB)
Метаданные
14. Рис. 13. (а) Диаграмма для оценки равновесности Cpx и расплава (Neave, Putirka, 2017); (б) фазовая диаграмма для полевых шпатов, SOLVCALC2 (Wen, Nekvasil, 1994), модель по (Nekvasil, Brukman, 1987).  Изотермы рассчитаны для Р = 1 кбар. Точки на диаграмме соответствуют составам полевых шпатов и рассчитаны для пар Ca-Na÷Na-K (обр. 119153/2_ 4_1 и 4_2 в Supplementary 1, ESM_1) и Na-K÷K-Na (обр. 119153/2_ 6_7 и 6_8 в Supplementary 1, ESM_1).

Скачать (1MB)
Метаданные
15. Рис. 14. Зависимость индивидуальных ²⁰⁶Pb*/²³⁸U возрастов циркона из андезитов р. Амгунь от накопленной дозы авторадиации Dₐ, по формуле (1).

Скачать (344KB)
Метаданные
16. Рис. 15. Гистограмма и вероятность распределения U-Pb возрастов бадделеита (Bdy) и циркона (Zrn) из андезитов р. Амгунь. Разница между основными пиками составляет примерно 1.6 млн лет.

Скачать (651KB)
Метаданные
17. Supplementary 1, ESM_1
Скачать (18KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025