High-potassium rocks of the Late Riphean Mara paleovolcano, Biryusinsky ledge, South of the Siberian Platform

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The research was focused on the Mara–Kamenka–Uvat interfluve of the Biryusinsky ledge of the Siberian Platform, where more than half a century ago, during prospecting works for manganese, the Marа paleovolcano was identified. However, specific volcanogenic-sedimentary rocks were considered as a part of the Karagas sedimentary series of the Late Riphean. Our mineralogical and petrographic studies have allowed us to establish the wide distribution of high-potassium pyroclastics, ignimbrites, and trachybasalts, indicating a subaerial explosive volcanic nature of the Mara volcano. The age of high-potassium volcanism has been determined based on U–Th–Pb zircon dating as 640 Ma. Lu–Hf isotope systematics of zircon indicate a relation of these volcanic rocks with mantle-derived magmas. The composition and time of formation of the studied rocks do not allow us to correlate them, as previously thought, with sedimentary Late Riphean quartz and quartz-feldspathic sandstones of the Karagas sedimentary series and dolerites of the Nersa intrusive complex. The specific mineralogical and petrographic features of the studied rocks make them suitable as a regional stratigraphic mark.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. E. Izokh

V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, SB RAS

Author for correspondence.
Email: izokh@igm.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk

Е. F. Letnikova

V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, SB RAS

Email: izokh@igm.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk

I. А. Izbrodin

V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, SB RAS

Email: izokh@igm.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk

А. V. Ivanov

V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, SB RAS

Email: izokh@igm.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk

S. I. Shkolnik

V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, SB RAS; Institute of the Earth’s Crust, SB RAS

Email: izokh@igm.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk; Irkutsk

А. G. Doroshkevich

V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, SB RAS

Email: izokh@igm.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk

References

  1. Бессолицын Е.Н., Корабельникова В.В., Борисов В.А. и др. Марганценосность Северо-Западного Присаянья. Масштаб 1 : 100 000. Нижнеудинский, Тайшетский районы Иркутской области. Лист N-47. Иркутск, 1969. 447 с.
  2. Васюкова Е.А., Метелкин Д.В., Летников Ф.А., Летникова Е.Ф. Новые изотопные ограничения на время формирования долеритов нерсинского комплекса Бирюсинского Присаянья // Докл. АН. 2019. Т. 485. № 5. С. 594–598.
  3. Геологическая карта: N-47 (Нижнеудинск). Государственная геологическая карта Российской Федерации. Третье поколение. Ангаро-Ленская серия, масштаб 1 : 1 000 000. Объяснительная записка. СПб.: Картограф. фабрика ВСЕГЕИ, 2012. 652 с.
  4. Гладкочуб Д.П., Донская Т.В., Эрнст Р., Мазукабзов А.М., Скляров Е.В., Писаревский С.А., Вингейт М., Седерлунд У. Базитовый магматизм Сибирского кратона в протерозое: обзор основных этапов и их геодинамическая интерпретация // Геотектоника. 2012. № 4. С. 28–41.
  5. Добрецов Н.Л., Борисенко А.С., Изох А.Э., Жмодик С.М. Термохимическая модель пермотриасовых мантийных плюмов Евразии как основа для выявления закономерностей формирования и прогноза медно-никелевых, благородно- и редкометалльных месторождений // Геология и геофизика. 2010. Т. 51. № 9. С. 1159–1187.
  6. Донская Т.В., Гладкочуб Д.П., Мазукабзов А.М., Вингейт М.Т.Д. Раннепротерозойские постколлизионные гранитоиды Бирюсинского блока Сибирского кратона // Геология и геофизика. 2014. Т. 55. № 7. С. 1028–1043.
  7. Егоров К.Н., Киселев А.И., Меньшагин Ю.В., Минаева Ю.А. Лампроиты и кимберлиты Присаянья: состав, источники алмазоносности // Докл. АН. 2010. Т. 435. № 6. С. 791–797.
  8. Ермолов П.В., Изох А.Э. Петрология магматических пород Семейтауской вулкано- плутонической структуры // Геология и геофизика. 1977. № 6. С. 52–61.
  9. Изох А.Э., Летникова Е.Ф., Жмодик С.М. Высококалиевый магматизм на рубеже 640 млн лет на юго-западе Сибирской платформы (Бирюсинское Присаянье) // Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту). Материалы научного совещания. Иркутск, 2020. С. 133–135.
  10. Костицын Ю.А., Аносова М.И. U–Pb возраст экструзивных пород кальдеры Уксичан в Срединном хребте Камчатки – применение лазерной абляции к датированию молодых цирконов // Геохимия. 2013. Т. 51. № 2. С. 171–179.
  11. Кузьмин М.И., Ярмолюк В.В. Мантийные плюмы северо-восточной Азии и их роль в формировании эндогенных месторождений // Геология и геофизика. 2014. Т. 55. № 2. С. 153–184.
  12. Летникова Е.Ф., Изох А.Э., Костицын Ю.А., Летников Ф.А., Ершова В.Б., Федерягина Е.Н., Иванов А.В., Ножкин А.Д., Школьник С.И., Бродникова Е.А. Высококалиевый вулканизм на рубеже 640 млн лет на юго-западе Сибирской платформы (Бирюсинское Присаянье) // Докл. АН. Науки о Земле. 2021. Т. 496. № 1. С. 55–62.
  13. Метелкин Д.В. Эволюция структур Центральной Азии и роль сдвиговой тектоники по палеомагнитным данным. Новосибирск: ИНГГГ СО РАН, 2012. 460 с.
  14. Романова И.В., Верниковская А.Е., Верниковский В.А., Матушкин Н.Ю., Ларионов А.Н. Неoпротерозойский щелочной и ассоциирующий с ним магматизм в западном обрамлении Сибирского кратона: петрография, геохимия и геохронология // Геология и геофизика. 2012. Т. 53. № 11. С. 1530–1555.
  15. Савельева В.Б., Данилова Ю.В., Летников Ф.А., Демонтерова Е.И., Юдин Д.С., Базарова Е.П., Данилов Б.С., Шарыгин И.С. Возраст и источники расплавов ультрамафитовых даек и пород Большетагнинского щелочно-карбонатитового массива (Урикско-Ийский грабен, юго-западная окраина Сибирского кратона) // Докл. АН. Науки о Земле. 2022. Т. 505. № 1. С. 53–61.
  16. Хромова Е.А., Дорошкевич А.Г., Избродин И.А. Редкоэлементный и Lu–Hf изотопный состав цирконов из карбонатитов массива Белая Зима (Восточный Саян) // Петрология и рудоносность магматических формаций. Материалы научной конференции. Новосибирск, 2022. С. 206–209.
  17. Ярмолюк В.В., Коваленко В.И., Сальникова Е.Б., Никифоров А.В., Котов А.Б., Владыкин Н.В. Позднерифейский рифтогенез и распад Лавразии: данные геохронологических исследований щелочно-ультраосновных комплексов южного обрамления Сибирской платформы // Докл. АН. 2005. Т. 404. № 3. С. 400–406.
  18. Doroshkevich A.G., Izbrodin I.A., Ripp G.S., Khromova E.A., Posokhov V.F., Veksler I.V., Travin A.V., Vladykin N.V. Stable isotope composition of minerals in the Belaya Zima plutonic complex, Russia: implications for the sources of the parental magma and metasomatizing fluids // J. Asian Earth Sci. 2016. V. 116. P. 81–96.
  19. Glorie S., De Grave J., Buslov M.M., Zhimulev F.I., Safonova I. Yu. Detrital zircon provenance of Early Palaeozoic sediments at the southwestern margin of the Siberian Craton: insights from U–Pb geochronology // J. Asian Earth Sci. 2014. V. 82. P. 115–123.
  20. Salnikova E.B., Stifeeva M.V., Kotov A.B., Chakhmouradian A.R., Reguir E.P., Gritsenko Y.D., Nikiforov A.V. Calcic garnets as a geochronological and petrogenetic tool applicable to a wide variety of rocks // Lithos. 2019. V. 338–339. P. 141–154.
  21. van Achterbergh E., Ryanm C.G., Griffin W.L. GLITTER: On-line interactive data reduction for the laser ablation ICP-MS microprobe // Proc. 9th Goldschmidt Conf. Cambridge, Massachusetts, 1999. Abstract no. 7215.
  22. Warr L.N. IMA–CNMNC approved mineral symbols // Mineral. Mag. 2021. V. 85. P. 291–320. https://doi.org/10.1180/mgm.2021.43

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of the geological structure of the Biryusinsky Prisayanye according to (Geological…, 2012). 1 – Biryusinsky series, PR1; 2 – Subluksky series, PR2; 3 – Sayansky intrusive complex, PR2; 4 – Biryusinsky intrusive complex, PR2; 5 – Karagassky series, R3; 6 – Oselkovaya series, V; 7 – Ust-Tagulskaya suite, Є1; 8 – Paleozoic rocks of the Siberian platform; 9 – paleovolcanoes of the Biryusinsky Prisayanye (1 – Biryusinsky-1, 2 – Biryusinsky-2, 3 – Izansky, 4 – Slyudyansky, 5 – Taishetsky, 6 – Marsky, 7 – Kremenshetsky). The inset shows the area of ​​the study. Black squares are outcrops of late Precambrian alkaline and high-potassium rocks in the southwestern part of the Siberian platform: 1 – lamproites; 2–4 – alkaline rocks of the Beloziminsky, Zhidoisky, and Bolshetagninsky massifs, respectively; 5, 6 – ultra-potassium trachytes; 7 – mica picrites (Egorov et al., 2010).

Download (42KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Scheme of the geological structure of the Mara volcanic field (after Bessolitsyn et al., 1969), with simplification and addition. 1 - Quaternary deposits; 2, 3 - volcanogenic-sedimentary strata of the pre-Vendian basement: 2 - sedimentary-metamorphic deposits (undivided); 3 - acid volcanics; 4, 5 - Karagas series: 4 - conglomerate-sandstone (continental) deposits, 5 - carbonate deposits; 6 - volcanogenic deposits of the Mara paleovolcano (undivided); 7 - alkaline ignimbrites; 8 - caldera subsidence breccias (?); 9 - carbonate-terrigenous-tuffaceous deposits; 10 - gabbro-diabases, gabbros of the Nersa complex; 11 – sedimentary deposits of the Oselkovaya series; 12 – faults; 13 – sampling location and sample number for U–Pb isotope-geochronological studies; 14 – sampling location for mineralogical-petrographic and geochemical studies; 15 – location of the summary section (Fig. 3).

Download (58KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Summary section of volcanogenic-sedimentary deposits of the Mara-Kamenka interfluve (according to Bessolitsyn et al., 1969).

Download (81KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Photographs of samples from the Mara paleovolcano. (a) – outcrop of tuff breccias; (b) – sample K1/14-20: tuff sandstone, in which U–Pb dating was carried out based on zircon; (c, d) – sample M21/20: alternation of purple tuffs and ignimbrites. Photos by the authors.

Download (221KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. (a, b) Thin interbedding of vitrocrystalloclastic tuffs, tuffaceous siltstones and sandstones with tuff material (sample MP15-21), nicols are parallel; (c, d) sandstone with an admixture of volcanic material (sample MP16-21): (c) – nicols are parallel, (d) – nicols are crossed. Photo of thin sections.

Download (182KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Tuff breccia with fragments of high-potassium trachyrhyolites, lava breccias, tuffs and tuff sandstones (sample M1-20). The nicoli are parallel. Photo of thin sections.

Download (181KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. (a, b) Litho-vitrocrystalloclastic tuffaceous sandstone with unrounded lithoclasts of trachyte (sample M10-20): (b) – nicols are crossed; (c, d) litho-vitrocrystalloclastic tuffaceous sandstone with fiamme of trachyte and lapilli of volcanic glass (sample M11-20): (d) – magnification 10, nicols are parallel. Photo of thin sections.

Download (146KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. (a, b) Massive pink litho-vitrocrystalloclastic tuffaceous sandstone with unrounded trachyte lithoclasts (sample M7-20); (c, d) pink litho-vitrocrystalloclastic tuffaceous sandstone with rounded trachyte lithoclasts (sample M8-20). (a) – magnification 2.5, (b, d) – magnification 10; (c) – nicols are parallel, (d) – nicols are crossed. Photo of thin sections.

Download (154KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Fine-grained vitrocrystalloclastic tuff with dolomite segregations. (a, b) – sample M4-20, (c, d) – sample M5-20; (a, c) – magnification 2.5, (b, d) – magnification 10. Photo of thin sections.

Download (225KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Features of the structure and relationships of minerals in the rocks of the Mara paleovolcano (BSE photo). Mineral symbols (according to Warr, 2021): Ant – anatase, Fap – fluorapatite, Chl – chlorite, Dol – dolomite, Kfs-I – groundmass potassium feldspar, Kfs-II – phenocryst potassium feldspar, Mag-I – magnetite, Mag-II – magnetite with ilmenite disintegration structures, Mnz-Ce – monazite, Qz – quartz, Uspl – ulvospinel, Xtm-Y – xenotime, Zrn – zircon.

Download (98KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. (a, b) Representative Raman spectra of anatase (spectra 1, 2) and fluorapatite (spectra 4–6) from the rocks of the Mara paleovolcano. Raman spectra of anatase (3) and fluorapatite (7) were taken from the RRUFF database (http://rruff.info).

Download (28KB)
Indexing metadata
13. Fig. 12. The ratio of SrO (wt.%) and MnO (wt.%) in apatites of igneous rocks (materials from the GEOROC database (http://georoc.mpch-mainz.gwdg.de/georoc/) were used).

Download (14KB)
Indexing metadata
14. Fig. 13. (a) Cathodoluminescence images of zircons from high-potassium volcanomictic rocks (sample K-1-14) with age (Ma); (b) histogram, probability density plots of the distribution of U–Th–Pb isotopic age of zircon and its weighted average value from high-potassium volcanomictic rocks (by the ratio 206Pb/238U, error 1s).

Download (73KB)
Indexing metadata
15. Fig. 14. Age (Ma)–εHf(t) diagram for zircons from high-potassium pyroclastics of the Mara paleovolcano (filled (blue in the electronic version) circles) in comparison with data from carbonatites of the Belaya Zima massif (filled (orange in the electronic version) vertical field) (Khromova et al., 2020). DM – depleted mantle.

Download (14KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences