The Cambrian Volcanic-Sedimentary Strata of the Systighem Terrane (Central Tuva): Results of Isotopic-Geochronology and Geochemical Studies

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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.

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. I. Shkolnik

Institute of the Earth’s Crust of the Siberian Branch of the RAS; Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of the Siberian Branch of the RAS

Author for correspondence.
Email: sink@crust.irk.ru
Russian Federation, 128, Lermontov Str., 664033 Irkutsk; 3, Academic Koptyug Str., 630090 Novosibirsk

E. F. Letnikova

Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of the Siberian Branch of the RAS

Email: sink2507@mail.ru
Russian Federation, 3, Academic Koptyug Str., 630090 Novosibirsk

K. K. Kolesov

Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of the Siberian Branch of the RAS

Email: sink2507@mail.ru
Russian Federation, 3, Academic Koptyug Str., 630090 Novosibirsk

A. V. Ivanov

Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of the Siberian Branch of the RAS

Email: sink2507@mail.ru
Russian Federation, 3, Academic Koptyug Str., 630090 Novosibirsk

D. D. Bulgakova

Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of the Siberian Branch of the RAS

Email: sink2507@mail.ru
Russian Federation, 3, Academic Koptyug Str., 630090 Novosibirsk

N. V. Bryansky

Institute of the Earth’s Crust of the Siberian Branch of the RAS

Email: sink2507@mail.ru
Russian Federation, 128, Lermontov Str., 664033 Irkutsk

References

  1. Берзин Н.А., Кунгурцев Л.В. Геодинамическая интерпретация геологических комплексов Алтае-Саянской складчатой области // Геология и геофизика. 1996. № 1. С. 63–81.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. Гордиенко И.В. Вулканизм различных геодинамических обстановок Центрально-Азиатского складчатого пояса // Литосфера. 2004. № 3. С. 4‒16.
  6. 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.
  7. Геологическая карта СССР. ‒ М-б 1:200 000. ‒Серия Западно-Саянская. ‒ Лист M-46-IV (Баян-Кол). ‒ М.: Госгеолтехиздат, 1963. 1 лист.
  8. Добрецов Н.Л., Буслов М.М. Позднекембрийско-ордовикская тектоника и геодинамика Центральной Азии) // Геология и геофизика. 2007. Т. 48. № 1. С. 93‒108.
  9. Донская Т.В., Скляров Е.В., Гладкочуб Д.П. Прибайкальский коллизионный метаморфический пояс // ДАН. 2000. Т. 347. № 1. С. 79‒83.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  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.
  14. 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.
  15. Кузьмичев А.Б. Тектоническая история Тувино-Монгольского массива: раннебайкальский, позднебайкальский и раннекаледонский этапы. ‒ Под ред. Е.В. Склярова ‒ М.: ПРОБЕЛ, 2004. 192 с.
  16. Куренков С.А., Диденко А.Н., Симонов В.А. Геодинамика палеоспрединга. ‒ Под ред. Ю.Г. Леонова ‒ М.: ГЕОС, 2002. 294 с.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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.
  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. 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.
  22. 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.
  23. 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.
  24. 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.
  25. 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.
  26. 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.
  27. 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).
  28. 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.
  29. 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.
  30. 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.
  31. 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.
  32. 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.
  33. Ludwig K.R. Isoplot. V. 4.15: A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel. ‒ Berkeley Geochron. Center Sp. Publ. 2011. Vol.4. 75p.
  34. 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.
  35. 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.
  36. 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.
  37. 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-2023-14-5-0718
  38. Pfänder 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.
  39. 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.
  40. 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.
  41. 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.
  42. 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.
  43. Shervais, J.W. Ti-V plots and the petrogenesis of modern and ophiolitic lavas // Earth Planet. Sci. Lett. 1982. Vol.59. P. 101.
  44. 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.2023.105785
  45. Sun 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.
  46. 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.
  47. 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. .
  48. 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.
  49. 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.
  50. Zindler A., Hart S. Chemical geodynamics // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 1986. Vol.14. P. 493–571.
  51. ЦКП, http://crust.irk.ru/industry/analytics.html (Accessed April, 2024)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Table P1
Download (555KB)
Indexing metadata
3. Fig. 1. Map-scheme of terranes in the eastern part of the Altai-Sayan folded region (according to [15, 18, 20]).

Download (615KB)
Indexing metadata
4. Fig. 2. Map-scheme of the geological structure and stratigraphic column of the central part of the Sistighem terrane (according to [7]).

Download (523KB)
Indexing metadata
5. Fig. 3. Microphotographs of varieties of volcanogenic rocks of the Ezhim and Terek formations.

Download (899KB)
Indexing metadata
6. Fig. 4. Classification diagrams (a) Ni-Zr/TiO2 (according to [49]) and (b) Nb/Y-Zr/TiO2 (according to [48]) for volcanics of the Terek and Ezhim sequences.

Download (219KB)
Indexing metadata
7. Fig. 5. Variations of petrogenic element contents as a function of SiO2 in volcanogenic rocks of the Terek and Ezhim Formations.

Download (252KB)
Indexing metadata
8. Fig. 6. Distribution spectra of rare elements normalised to the primitive mantle composition for basalts and tuffs of (a) the Ezhim Formation, (b) the Terek Formation, (c) tuffites of the Ezhim and Terek Formations (according to [45]).

Download (460KB)
Indexing metadata
9. Fig. 7. (a) histogram and relative probability curve of U-Pb ages, (b) concordia diagram (c) for zircons from tuff (TV-340), (d) histogram and relative probability curve of U-Pb ages, and (e) concordia diagram (f) for zircons from tuff (TV-337) of the Ezhim Formation.

Download (420KB)
Indexing metadata
10. Fig. 8. Histogram and relative probability curve of U-Pb ages (a) for zircons (b) from tuffite (TV-48) of the Terek Formation.

Download (139KB)
Indexing metadata
11. Fig. 9. Sr-Nd isotope variation diagrams for volcanics of the Sistighem terrane (based on data [17, 18, 32, 39, 50]).

Download (269KB)
Indexing metadata
12. Fig. 10. Diagrams of (a) Nb/Yb-Th/Yb (by [28]), (b) Th/Nb-Ce/Nb (by [41]), (c) TiO2/Yb-Th/Nb (by [40]) for basalts of the Terek and Ezhim Formations of the Sistighem Terrane.

Download (292KB)
Indexing metadata
13. Fig. 11. Diagrams (a) V-Ti/1000 (according to [43]) and (b) Nb/8-Y/15-La/10 (according to [27]) for metabasalts of the Terek and Ezhim formations of the Sistighem terrane.

Download (161KB)
Indexing metadata
14. Fig. 12. Scheme of tectonic evolution of the Sistigkhem terrane of Central Tuva in the Lower Cambrian.

Download (261KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».