Sources of the melts of Quaternary hauyne alkaline basaltoids in the Lesser Caucasus. communication 1. geochemical and isotope (Sr–Nd–Pb) data
- Authors: Bubnov S.N.1, Goltsman Y.V.1, Kondrashov I.A.1, Oleinikova T.I.1, Dokuchaev A.Y.1
-
Affiliations:
- Institute of Geology of ore Deposits, Petrography, Geochemistry, and Mineralogy RAS
- Issue: No 6 (2024)
- Pages: 55-79
- Section: Articles
- URL: https://journal-vniispk.ru/0203-0306/article/view/296543
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0203030624060065
- EDN: https://elibrary.ru/HYXITF
- ID: 296543
Cite item
Abstract
The first ever detailed data are obtained on the Sr–Nd–Pb isotope systematics and geochemistry of Quaternary intraplate hauyne basanites and ordanshites in the Lesser Caucasus. The parental magmas of the rocks were found out to have been generated by mixing material from at least two regional sources: one relatively depleted and the other significantly enriched in incompatible elements. One of these sources of the hybrid magmas was most likely a mildly depleted regional plume–asthenospheric source of the CAUCASUS OIB type, whose isotopic-geochemical signatures were close to those of the COMMON and PREMA mantle reservoirs. The other source of the material for the rocks was relatively enriched in radiogenic Sr and Pb and depleted in radiogenic Nd and was most probably enriched subcontinental lithospheric mantle of the EM II type.
Full Text

About the authors
S. N. Bubnov
Institute of Geology of ore Deposits, Petrography, Geochemistry, and Mineralogy RAS
Author for correspondence.
Email: bubnov@igem.ru
Russian Federation, Staromonetny lane, 35, Moscow, 119017
Yu. V. Goltsman
Institute of Geology of ore Deposits, Petrography, Geochemistry, and Mineralogy RAS
Email: bubnov@igem.ru
Russian Federation, Staromonetny lane, 35, Moscow, 119017
I. A. Kondrashov
Institute of Geology of ore Deposits, Petrography, Geochemistry, and Mineralogy RAS
Email: bubnov@igem.ru
Russian Federation, Staromonetny lane, 35, Moscow, 119017
T. I. Oleinikova
Institute of Geology of ore Deposits, Petrography, Geochemistry, and Mineralogy RAS
Email: bubnov@igem.ru
Russian Federation, Staromonetny lane, 35, Moscow, 119017
A. Ya. Dokuchaev
Institute of Geology of ore Deposits, Petrography, Geochemistry, and Mineralogy RAS
Email: bubnov@igem.ru
Russian Federation, Staromonetny lane, 35, Moscow, 119017
References
- Азбель И.Я., Толстихин И.Н. Численное моделирование геохронометрических систем и проблема эволюции Земли // Изотопная геохимия и космохимия. М.: Наука, 1990. С. 29–49.
- Акопян В.Т. Стратиграфия юрских и меловых отложений юго-восточного Зангезура. Ереван: Изд-во АН Арм. ССР, 1962. 298 с.
- Асавин А.М. Коэффициенты распределения в системе расплав-оливин-кальциевый пироксен и фракционирование редких элементов в щелочных расплавах по экспериментальным и природным данным / Дис. ... канд. геол.-мин. наук. Иркутск, 2016. 371 с.
- Балашов Ю.А., Глазнев В.Н. Влияние плюмового магматизма на динамику докембрийского корообразования // Доклады РАН. 2004. Т. 395. № 1. С. 78–81.
- Бетехтин А.Г. Курс минералогии / Учебное пособие. М.: КДУ, 2007. 720 с.
- Бубнов С.Н. Хронология извержений и источники расплавов новейших вулканических центров Большого Кавказа / Автореф. дис. … канд. геол.-мин. наук. М.: ИГЕМ РАН, 2003. 27 с.
- Бубнов С.Н., Гольцман Ю.В., Олейникова Т.И. и др. Капанский неовулканический центр (Малый Кавказ, Армения): геологическая позиция и особенности вещественного состава лав // Сб. материалов IX Всероссийской научной конференции “Вулканизм, биосфера и экологические проблемы”. Майкоп: Изд-во “Магарин О.Г.”, 2018. С. 4–8.
- Бубнов С.Н., Докучаев А.Я., Курчавов А.М. и др. Плиоценовые игнимбриты Большого Кавказа: вещественный состав и источники расплавов // Науки о Земле. 2016. Вып. 2. С. 12–51.
- Бычкова Я.В., Синицын М.Ю., Петренко Д.Б. и др. Методические особенности многоэлементного анализа горных пород методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой // Вестник Московского Университета. Сер. 4. Геология. 2016. № 6. С. 56–63.
- Волынец А.О., Певзнер М.М., Толстых М.Л. и др. Вулканизм южной части Срединного хребта Камчатки в неоген-четвертичное время // Геология и геофизика. 2018. Т. 59. № 12. С. 1979–1996.
- Гущин А.В., Иванова Т.А., Ганзеев А.А. Тефрит-шошонитовая серия Юго-Восточной Армении // Геология и разведка. 1991. № 11. С. 3–14.
- Джрбашян Р.Т., Гукасян Ю.Г., Карапетян С.Г. и др. Типы вулканических извержений и формы проявления позднеколлизионного наземного вулканизма Армении // Известия НАН РА. Науки о Земле. 2012. Т. 65. № 3. С. 3–20.
- Заварицкий А.Н. Изверженные горные породы. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 479 с.
- Keskin M., Чугаев А.В., Лебедев В.А. и др. Геохронология и природа мантийных источников позднекайнозойского внутриплитного магматизма фронтальной части Аравийской плиты (неокайнозойская область Караджадаг, Турция). Сообщение 2. Результаты геохимических и изотопных (Sr–Nd–Pb) исследований // Вулканология и сейсмология. 2012. № 6. С. 41–70.
- Киселев А.И., Гордиенко И.В., Лашкевич В.В. Петрологические аспекты гравитационной нестабильности тектонически утолщенной литосферы // Тихоокеанская геология. 2004. Т. 23. № 2. С. 20–29.
- Когарко Л.Н. Обогащенные мантийные резервуары – источник крупнейших апатитовых и редкометальных месторождений // Глубинный магматизм, его источники и плюмы / Труды XV международного семинара. Иркутск: Изд-во Института геохимии СО РАН, 2019. С. 5–21.
- Когарко Л.Н. Роль глубинных флюидов в генезисе мантийных гетерогенностей и щелочного магматизма // Геология и геофизика. 2005. Т. 46. № 12. С. 1234–1245.
- Когарко Л.Н. Рудный потенциал щелочных магм // Разведка и охрана недр. № 6. М.: ООО “Типография Момент”, 2011. C. 60–64.
- Лазаренков В.Г. Щелочные плюмы континентов и океанов // Геология и геофизика. 2010. Т. 51. № 9. С. 1240–1248.
- Лебедев В.А., Бубнов С.Н., Чернышев И.В. и др. Геохронология и петрогенезис молодых (плиоценовых) гранитоидов Большого Кавказа: Джимарский полифазный массив, Казбекская неовулканическая область // Геохимия. 2009. № 6. С. 582–602.
- Лебедев В.А., Чернышев И.В. Гаюиновые щелочные базальтоиды на Малом Кавказе (Капанский район, Армения) и их среднеплейстоценовый возраст // Докл. РАН. Науки о Земле. 2020. Т. 492. № 2. С. 44–48.
- Лебедев В.А., Чернышев И.В., Чугаев А.В. и др. K-Ar возраст и Sr-Nd изотопная систематика субщелочных базальтов Центрально-Грузинской неовулканической области (Большой Кавказ) // Доклады РАН. 2006. Т. 408. № 4. С. 517–522.
- Лебедев В.А., Чернышев И.В., Чугаев А.В. и др. Геохронология извержений и источники вещества материнских магм вулкана Эльбрус (Большой Кавказ): результаты K‒Ar и Sr‒Nd‒Pb изотопных исследований // Геохимия. 2010. № 1. С. 45–73.
- Лебедев В.А., Чугаев А.В., Вашакидзе Г.Т., Парфенов А.В. Этапы формирования и источники рудного вещества Девдоракского медного месторождения (Казбекский вулканический центр, Большой Кавказ) // Геология рудных месторождений. 2016. Т. 58. № 6. С. 522–543.
- Меликсетян Х., Никогосян И., Джрбашян Р. и др. Четвертичный моногенный вулканизм Капанского блока: вулканология, геохронология и геохимия (ЮВ часть Республики Армения) // Известия НАН РА. Науки о Земле. 2019. Т. 72. № 2. С. 19–42.
- Мкртчян С.С. Зангезурская рудоносная область Армянской ССР. Геология, рудные месторождения, их генезис и перспективы. Ереван: Изд-во АН Арм. ССР, 1958. 287 с.
- Ревенко А.Г. Ренгенофлуорисцентный анализ в геологии: подготовка проб и способы анализа // Вестник Харьковского национального университета. 2008. № 820. Химия. Вып. 16(39). С. 39–58.
- Рябчиков И.Д., Когарко Л.Н. Физико-химические параметры материала глубинных мантийных плюмов // Геология и геофизика. 2016. Т. 57. № 5. С. 874–888.
- Тейлор С.Р., Мак-Леннан С.М. Континентальная кора: ее состав и эволюция. М.: Мир, 1988. 384 с.
- Туманян Г.А. Особенности строения и структурного положения Кафанского антиклинория // Известия АН Армении. Науки о Земле. 1992. Т. XLV. № 2. С. 3–12.
- Федоров П.И. Кайнозойский вулканизм в зонах растяжения на восточной окраине Азии. М.: ГЕОС, 2006. 316 с. (Тр. ГИН РАН. Вып. 537)
- Федоров П.И., Коваленко Д.В., Перепелов А.Б., Дриль С.И. Состав источников Кинкильского комплекса Западной Камчатки по изотопно-геохимическим данным // Вестник КРАУНЦ. Серия: Науки о Земле. 2019. Вып. 41. № 1. С. 54–72.
- Чернышев И.В., Чугаев А.В., Шатагин К.Н. Высокоточный изотопный анализ Pb методом многоколлекторной ICP масс-спектрометрии с нормированием по : оптимизация и калибровка метода для изучения вариаций изотопного состава Pb // Геохимия. 2007. № 11. С. 1155–1168.
- Чугаев А.В., Чернышев И.В., Лебедев В.А., Еремина А.В. Изотопный состав свинца и происхождение четвертичных лав вулкана Эльбрус, Большой Кавказ: данные высокоточного метода MC-ICP-MS // Петрология. 2013. Т. 21. № 1. С. 22–33.
- Ширинян К.Г., Задоян В.А. Петрогенетическая систематика позднеорогенных базальтоидов Армении // Докл. АН Арм. ССР. 1990. Т. 90. № 3. С. 125–130.
- Ширинян К.Г., Нагапетян Л.Б. Четвертичный базальтовый вулканизм Кафанского района / Отчет. Ереван: ИГН АН Арм. ССР, 1974. 108 с.
- Шорохова И.С., Кисляк Н.В., Мариев О.С. Статистические методы анализа / Учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во Уральского унив-та, 2015. 300 с.
- Bird P. Continental delamination and the Colorado Plateau // J. Geophys. Res. 1979. V. 84. № B13. P. 7561–7571.
- Boehler R. High‐pressure experiments and the phase diagram of lower mantle and core materials // Rev. of Geophys. 2000. V. 38. № 2. P. 221–245.
- Bruun-Neergard T.C. De la Haüyne, Nouvelle substance minerale // J. des Mines. Parigi. 1807. V. 21. № 125. C. 365–380.
- Cavarretta G, Lombardi G. Origin of sulphur in the Quaternary perpotassic melts Italy: Evidence from hauyne sulphur isotope data // Chem. Geol. 1990. V. 82. P. 15–20.
- Condie К. High field strength element ratios in Archean basalts: a window to evolving sources of mantle plumes? // Lithos. 2005. V. 79. P. 491–504.
- Dasgupta R., Hirschmann M. M., Smith N. D. Water follows carbon: CO2 incites deep silicate melting and dehydration beneath mid-ocean ridges // Geology. 2007. V. 35. P. 135–138.
- Faure G. Origin of Igneous Rocks: The Isotopic Evidence. Berlin: Springer, 2000. 496 p.
- Fitton J.G., Saunders A.D., Norry M.J. et al. Thermal and chemical structure of the Iceland plume // Earth and Planet. Sci. Lett. 1997. V. 153. P. 197–208.
- Flower M. F.J., Zhang M., Chen C-Y. et al. Magmatism in the South China Basin 2. Post-spreading Quaternary basalts from Hainan Island, South China // Chem. Geol. 1992. V. 97. P. 65–87.
- Garrison J.M. Sims K.W. Yogodzinski G.M. et al. Shallow-level differentiation of phonolitic lavas from Sumaco Volcano, Ecuador // Contrib. Miner. and Petrol. 2018. V. 173. № 6. P. 1–19.
- Gulson B.L. Lead isotopes in mineral exploration. Amsterdam: Elsevier, 1986. 245 p.
- Hart S.R. A large scale isotopic anomaly in the Southern Hemisphere mantle // Nature. 1984. V. 309. P. 753–757.
- Hart S.R. Heterogeneous mantle domains: signatures, genesis and mixing chronologies // Earth and Planet. Sci. Lett. 1988. V. 90. № 3. P. 273–296.
- Hoernle K., Schmincke H.U. The petrology of the tholeiites through melilite nephelinites on Gran Canaria, Canary Islands: crystal fractionation, accumulation, and depths of melting // J. of Petrol. 1993. V. 34. № 3. P. 573–597.
- Hofmann A.W. Mantle geochemistry: the message from oceanic volcanism // Nature. 1997. V. 385. № 16. P. 219–229.
- Jackson M.G., Dasgupta R. Compositions of HIMU, EM1, and EM2 from global trends between radiogenic isotopes and major elements in ocean island basalts // Earth and Planet. Sci. Lett. 2008. V. 276. P. 175–186.
- Kamber B.S., Collerson K.D. Zr/Nb systematics of ocean island basaltsreassessed – thecase for binary mixing // J. of Petrol. 2000. V. 41. P. 1007–1021.
- Kaminsky F.V. Mineralogy of the lower mantle: A review of ‘super-deep’ mineral inclusions in diamond // Earth-Sci. Rev. 2012. V. 110(1–4). P. 127–147.
- Kempton P.D., Harmon R.S., Hawkesworth C.J. et al. Petrology and geochemistry of lower crustal granulites from the Geronimo Volcanic Field, southeastern Arizona // Geochim. Comochim. Acta. 1990. V. 54. № 12. P. 3401–3426.
- Kogarko L.N., Zartman R.E. A Pb isotope investigation of the Guli massif, Maymecha-Kotuy alkalineultramafic complex, Siberian flood basalt province, Polar Siberia // Miner. Petrol. 2007. V. 89. P. 113–132.
- Kumar P., Kawakatsu H. Imaging the seismic lithosphere-asthenosphere boundary of the oceanic plate // Geochem. Geophys. Geosyst. 2011. V. 12. Q01006. doi: 10.1029/2010GC.
- Lacroix A. Les laves à haüyne d’Auvergne et leurs enclaves homoeogènes: importance théorique de ces dernières // Compte Rendu Hebdomadaire des Séances de l’Académie des Sciences. Paris, 1917. V. 164. P. 581–588.
- Le Bas M.J., Le Maitre R.W., Streckeisen A., Zanettin B.A. Chemical classification of volcanic rocks based on the total alkali – silica diagram // J. Petrol. 1986. V. 127. P. 745–750.
- Ma G.S.-K., Malpas J., Xenophontos C. et al. Petrogenesis of Latest Miocene Quaternary Continental IntraplateVolcanism along the Northern Dead Sea Fault System (Al Ghab HomsVolcanic Field), Western Syria: Evidence for Lithosphere Asthenosphere Interaction // J. Petrol. 2011. V. 52. № 2. P. 401–430.
- Mederer J., Moritz R., Ulianov A., Chiaradia M. Middle Jurassic to Cenozoic evolution of arc magmatism during Neotethys subduction and arc-continent collision in the Kapan zone, southern Armenia // Lithos. 2013. V. 177. P. 61–78.
- Miyake Y. Geochemistry of igneous rocks of Shimane peninsula, formed within a Miocene back-arc rifting zone at the Japan sea margin // Geochem. J. 1994. V. 28. P. 451–472.
- Neill I., Meliksetian Kh., Allen M.B. et al. Pliocene-Quaternary volcanic rocks of NW Armenia: magmatism and lithospheric dynamics within an active orogenic plateau // Lithos. 2013. V. 180–181. P. 200–215.
- Olugboji T.M., Park J., Karato S., Shinohara M. Nature of the seismic lithosphere-asthenosphere boundary within normal oceanic mantle from high-resolution receiver functions // Geochem. Geophys. Geosyst. 2016. V. 17. Iss. 4. P. 1265–1282.
- Pang K.N., Zhou M.F., Qi L. et al. Flood basalt-related Fe-Ti oxide deposits in the Emeishan large igneous province, SW Chin // Lithos. 2010. V. 119. P. 123–136.
- Panina L.I., Stoppa F. Silicate-carbonate-salt liquid immiscibility and origin of the sodalite-haüyne rocks: study of melt inclusions in olivine foidite from Vulture volcano, S. Italy // Cent. Eur. J. Geosci. 2009. V. 1(4). P. 377–392.
- Pearce J.A. Role of the sub-continental lithosphere in magma genesis at active continental margins // Continental Basalts and Mantle Xenoliths. U.K.: Shiva Press, 1983. P. 230–249.
- Pearce J.A., Cann J.R. Tectonic setting of basic volcanic rocks determined using trace element analyses // Earth Planet. Sci. Lett. 1973. V. 19. P. 209–300.
- Pearce J.A., Norry M.J. Petrogenetic implications of Ti, Zr, Y, and Nb variations in volcanic rocks // Contrib. Miner. and Petrol. 1979. V. 69. P. 33–47.
- Pik R., Deniel C., Coulon C. et al. Isotopic and trace element signatures of Ethiopian flood basalts: evidence for plume-lithosphere interactions // Geochim. Cosmochim. Acta. 1999. V. 63. P. 2263–2279.
- Pouclet A., Bellon H. Geochemistry and isotopic composition of volcanic rocks from the Yamato basin: hole 794D, Sea of Japan // Proc. ODP. Sci. Res. 1992. V. 127/128. Pt. 2. P. 779–789.
- Powell R. Inversion of the assimilation and fractional crystallisation (AFC) equations; characterisation of contaminants from isotope and trace element relationships in volcanic suites // Journal of the Geological Society of London. 1984. V. 141. P. 447–452.
- Rehkämper M., Halliday A.M. Accuracy and long-term reproducibility of lead isotopic measurements by MC-ICP-MS using an external method for correction of mass discrimination // Int. J. Mass Spec. Ion Proc. 1998. V. 58. P. 123–133.
- Rudnick R., Gao S. Composition of the continental crust // The crust / Ed. R.L. Rudnick // Treatise on Geochemistry / Eds H.D. Holland, K.K. Turekian. Oxford: Elsevier-Pergamon, 2003. V. 3. P. 1–64.
- Saunders A.D., Norry M.J., Tarney J. Origin of MORB and chemically depleted mantle reservoirs: trace element constraints // J. Petrol. (Special Lithosphere Iss.). 1988. P. 415–445.
- Schaaf P., Heinrich W., Besch T. Composition and Sm-Nd isotopic data of the lower crust beneath San Luis Potosi, central Mexico: Evidence from granulite-facies xenolith suite // Chem. Geol. 1994. V. 118. P. 63–84.
- Sharygin V., Di Muro A., Madyukov I. Crystallization temperature of haüyne from phonolite (ULST, E. Eifel, Germany) and haüynophyre (Vulture volcano, Italy): evidence from silicate melt inclusions // Abstract E-book of ECROFI XVIII. Siena, Italy, 2005.
- Solovova I.P., Girnis A.V., Kogarko L.N. et al. Compositions of magmas and carbonate-silicate liquid immiscibility in the Vulture alkaline igneous complex, Italy // Lithos. 2005. V. 85(1–4). P. 113–128.
- Spakman W., Van der Lee S., Van der Hilst R. Travel – time of European – Mediterranean mantle down to 1400 km // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1993. V. 79. P. 3–74.
- Stein M., Hofmann A.W. Mantle plumes and episodic crustal growth // Monthly Nature. 1994. V. 2. № 11. P. 70–74.
- Sun Shen-su, McDonough W.F. Chemical and Isotopic Systematics of oceanic basalts: implications for Mantle Composition and Processes // Magmatism in the Ocean Basins Spec. Publ. Geol. Soc. London. 1989. № 42. P. 313–345.
- Tracy R. J. Chemistry and origin of zoned haüyne in tahitian phonolite, with implications for magmatic fractionation // Developments in Volcanology. 2003. V. 5. P. 163–184.
- Tolstikhin I.N., Kamensky I.L., Marty B. et al. Rare gas isotopes and parent trace elements in ultrabasic-alkaline-carbonatite complexes, Kola Peninsula: identification of lower mantle plume component // Geochim. Cosmochim. Acta. 2002. V. 66(5). P. 881–901.
- Trieloff M.J. Kunz D.A. Clague D. et al. The nature of pristinenoble gases in mantle plumes // Science. 2000. V. 288. P. 1036–1038.
- Twelvetrees W A. Petterd W.F. On hauyne-trachyte and allied rocks in the districts of Port Cygnet and Oyster Cove // Papers & Proceedings of the Royal Society of Tasmania. 1898. P. 3–26.
- Van der Hilst R., Karason H. Compositional Heterogeneity in the Bottom 1000 Kilometer’s of EarthХs Mantle: Toward a Hybrid Convection Model // Science. 1999. V. 283. P. 1885–1888.
- Whitney D.L., Evans B.W. Abbreviations for names of rock-forming minerals // Amer. Mineral. 2010. V. 95. P. 185–187.
- Workman R.K., Hart S.R., Jackson M. et al. Recycled metasomatized lithosphere as the origin of the enriched mantle II (EM2) end-member: Evidence from the Samoan volcanic chain // Geochem. Geophys. Geosys. 2004. V. 5. № 4. P. 1–44.
- Wörner G., Zindler A., Staudigel H., Schmincke H.U. Sr, Nd, and Pb isotope geochemistry of Tertiary and Quaternary alkaline volcanics from West Germany // Earth and Planet. Sci. Lett. 1986. V. 79. P. 107–119.
- Zindler A., Hart S. Chemical geodinamics // Annu. Rev. Earth and Planet. Sci. 1986. V. 14. P. 493–571.
Supplementary files
