Petrogenesis and sources for rocks of the alkaline rare-metal Burpala intrusion (Northern Baikal Region)

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The results of petrologic and geochemical study of rocks of the Burpala alkaline intrusion composed of quartz syenites, alkaline nepheline-free and nepheline syenites, including ore-bearing ones, which is part of the Late Paleozoic North Baikal alkaline province, are presented. The studied rocks by chemical composition belong to foid monzosyenites, foid syenites and syenites, ranging from agpaitic to miascitic varieties. Close Sr-Nd isotopic characteristics, configuration of geochemical spectra confirm the syngenetic nature of magmas from which nepheline, alkaline and quartz syenites crystallized. Negative Eu anomaly in REE spectra and rather low Mg# of rocks testify in favor of a long process of fractional crystallization of rocks from the melt of alkaline-basic composition. The isotopic and geochemical characteristics of rocks of the Burpala intrusion reflect the predominance of metasomatized lithospheric mantle in the source. The formation of the rocks of the intrusion, according to the features of the trace element and isotopic data, was complicated by assimilation of upper crustal material, which was the most possible factor that determined the genetic relationship between nepheline and quartz syenites within the intrusion.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. G. Doroshkevich

V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS; Novosibirsk State University; N.L. Dobretsov Geological Institute SB RAS

Author for correspondence.
Email: doroshkevich@igm.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk; Novosibirsk; Ulan-Ude

V. M. Savatenkov

Institute of Geology and Geochronology of Precambrian RAS

Email: doroshkevich@igm.nsc.ru
Russian Federation, St. Petersburg

A. V. Malyutina

V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS; Novosibirsk State University

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

I. A. Izbrodin

V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS; Novosibirsk State University

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

I. R. Prokopiev

V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS; Novosibirsk State University

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

A. E. Starikova

V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS; Novosibirsk State University

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

T. A. Radomskaya

A.P. Vinogradov Institute of Geochemistry SB RAS

Email: doroshkevich@igm.nsc.ru
Russian Federation, Irkutsk

References

  1. Андреев А.А., Рыцк Е.Ю., Великославинский С.Д. и др. Возраст, состав и тектонические обстановки формирования позднебайкальских комплексов Кичерской зоны Байкало-Витимского пояса (Северное Прибайкалье): геологические, геохронологические (ID-TIMS, SIMS) и Nd-изотопные данные // Петрология. 2022. Т. 30. № 4. С. 345–378.
  2. Андреев Г.В. Петрология формации калиевых, нефелиновых и щелочных сиенитов. Новосибирск: Наука, 1981. 85 с
  3. Арискин А.А., Данюшевский Л.В., Э.Г. Конников и др. Довыренский интрузивный комплекс (Северное Прибайкалье, Россия): изотопно-геохимические маркеры контаминации исходных магм и экстремальной обогащенности источника // Геология и геофизика. 2015. Т. 56. № 3. С. 528–556.
  4. Васюкова Е.А., Пономарчук А.В., Дорошкевич А.Г. Петролого-геохимическая характеристика и возраст пород Ыллымахского массива (Алданский щит, Южная Якутия) // Геология и геофизика. 2020. Т. 61. № 4. С. 489–507.
  5. Владыкин Н.В., Сотникова И.А., Котов А.Б. и др. Строение, возраст и рудоносность Бурпалинского редкометального щелочного массива (Северное Прибайкалье) // Геология рудн. месторождений. 2014. Т. 56. № 4. С. 272–290.
  6. Гонгальский Б.И., Криволуцкая Н.А., Арискин А.А., Николаев Г.С. Строение, состав и формирование Чинейского анортозит-габброноритового массива // Геохимия. 2008. № 7. С. 691—720.
  7. Жидков А.Я. Щелочные интрузии Сынныр и Бурпала Северного Прибайкалья: Автореф. дисс. канд. … геол.-мин. наук. Ленинград, 1956. 21 с. (Zhidkov A.Ya. Alkaline intrusions of Synnyr and Burpala in the Northern Baikal region. Cand. Geol.-Min. Sci. Leningrad, 1956. 21 p.)
  8. Избродин И.А., Дорошкевич А.Г., Малютина А.В. и др. Геохронология пород щелочного массива Бурпала (Северное Прибайкалье): Новые U-Pb данные // Геодинамика и тектонофизика. 2024. Т. 15. № 1. https://doi.org/10.5800/GT-2024-15-1-0741
  9. Когарко Л.Н. Обогащенные мантийные резервуары – источник крупнейших апатитовых и редкометальных месторождений // Тр. XV Международного семинара “Глубинный магматизм, его источники и плюмы”. Иркутск: ИГХ СО РАН, 2019. С. 5–22.
  10. Котов А.Б., Владыкин Н.В., Ярмолюк В.В. и др. Пермский возраст Бурпалинского щелочного массива (Северное Прибайкалье): геодинамические следствия // Докл. АН. 2013. Т. 453. № 3. С. 295–299. https://doi.org/10.7868/S0869565213330165.
  11. Ларин А.М., Котов А.Б., Ковач В.П. и др. Граниты рапакиви Кодарского комплекса (Алданский щит): возраст, источники и тектоническое положение // Петрология. 2021. Т. 29. № 4. С. 339–364.
  12. Мельников Н.Н. Погрешности метода двойного изотопного разбавления при изотопном анализе обыкновенного свинца // Геохимия. 2005. № 12. С. 1333–1339.
  13. Пак А.С., Миков Н.А., Бушуев В.П. и др. Отчет о результатах геолого-поисковых работ Сольской партии за 1960–1961 гг. в бассейне р. Майгунда. Улан-Удэ, 1962. 213 с.
  14. Портнов А.М. Редкометальная минерализация щелочного массива Бурпала в Северном Прибайкалье: Дисс. … канд. геол.-мин. наук. Москва, 1965. 275 с.
  15. Портнов А.М., Нечаева Е.А. Нефелинизация в приконтактовых зонах щелочного массива Бурпала // Изв. АН СССР. Серия геол. 1967. № 5. С. 71–76.
  16. Саватенков В.М., Рыцк Е.Ю., Великославинский С.Д., Лебедева Ю.М. Изотопные (Nd-Sr) характеристики и возможные источники ультракалиевых щелочных пород Сыннырского массива (Северное Прибайкалье) // Тр. Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2019. № 16. С. 497–501.
  17. Туркина О.М., Изох А.Э. Гетерогенная субконтинентальная литосферная мантия под южным флангом сибирского кратона: свидетельства по составу палеопротерозойских мафических ассоциаций // Геология и геофизика. 2023. Т. 64. № 10. С. 1369–1391
  18. Цыганков А.А., Хубанов В.Б., Бурмакина Г.Н. и др. Соотношение мантийного и разновозрастного корового вещества в составе гранитоидов Забайкалья А-типа: петрологические и геодинамические следствия // Геодинамика и тектонофизика. 2019. Т. 10. № 3. С. 779–799.
  19. Arzamastsev A.A., Bea F., Glaznev V.N. et al. Kola alkaline province in the Paleozoic: evaluation of primary mantle magma composition and magma generation conditions // Russ. J. Earth Sci. 2001. № 3. P. 1–32.
  20. Bogatikov O., Kononova V., Pervov V., Zhuravlev D. Petrogenesis of mesozoic potassic magmatism of the Central Aldan: a Sr-Nd isotopic and geodynamic model // Int. Geol. Rev. 1994. V. 36. № 7. P. 629–644.
  21. Davies G.R., Stolz A.J., Mahotkin I.L. et al. Trace element and Sr-Pb-Nd-Hf isotope evidence for ancient, fluid-dominated enrichment of the source of Aldan Shield lamproites // J. Petrol. 2006. V. 47. № 6. P. 1119–1146.
  22. Doroshkevich A.G., Ripp G.S., Izbrodin I.A., Savatenkov V.M. Alkaline magmatism of the Vitim province, West Transbaikalia, Russia: Age, mineralogical, geochemical and isotope (О, C, D, Sr and Nd) data // Lithos. 2012. V. 152. P. 157–172. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2012.05.002
  23. Doroshkevich A.G., Prokopyev I.R., Izokh A.E. et al. Isotopic and trace element geochemistry of the Seligdar magnesiocarbonatites (South Yakutia, Russia): Insights regarding the mantle evolution beneath the Aldan-Stanovoy shield // J. Asian Earth Sci. 2018. V. 154. P. 354–368.
  24. Doroshkevich A.G., Prokopyev I.R., Ponomarchuk A.V. et al. Cora Wohlgemuth-Ueberwasse Petrology and geochemistry of the late Mesozoic Dzheltula alkaline igneous complex, Aldan–Stanovoy Shield, Russia: constraints on derivation from the ancient enriched mantle source // Int. J. Earth Sci. 2020. V. 109. P. 2407–2423.
  25. Estrade G., Béziat D., Salvi S. et al. Unusual evolution of silica-under- and oversaturated alkaline rocks in the Cenozoic Ambohimirahavavy Complex (Madagascar): Mineralogical and geochemical evidence // Lithos. 2014. V. 206–207. P. 361–383. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2014.08.008
  26. Foland K.A., Landoll J.D., Henderson C.M.B., Chen J.F. Formation of cogenetic quartz and nepheline syenites // Geochim. Cosmochim. Acta. 1993. V. 57. P. 697–704.
  27. Frost B.R., Frost C.D. A geochemical classification for feldspathic igneous rocks // J. Petrol. 2008. V. 49. P. 1955–1969.
  28. Guo Z., Wilson M., Liu J., Mao Q. Post-collisional, potassic and ultrapotassic magmatism of the Northern Tibetan Plateau: Constraints on characteristics of the mantle source, geodynamic setting and uplift mechanisms // J. Petrol. 2006. V. 47. № 6. P. 1177–1220.
  29. Izbrodin I., Doroshkevich A., Rampilov M. et al. Late Paleozoic alkaline magmatism in Western Transbaikalia, Russia: Implications for magma sources and tectonic settings // Geosci. Front. 2020. V. 11. № 4. P. 1289–1303. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2019.12.009
  30. Jahn B.M., Litvinovsky B.A., Zanvilevich A.N., Reichow M. Peralkaline granitoid magmatism in the Mongolian-Transbaikalian Belt: evolution, petrogenesis and tectonic significance // Lithos. 2009. V. 113. P. 521–539. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2009.06.015
  31. Jourdan F., Bertrand H., Schärer U. et al. Major and trace element and Sr, Nd, Hf, and Pb isotope compositions of the Karoo Large Igneous Province, Botswana–Zimbabwe: lithosphere vs mantle plume contribution // J. Petrol. 2007. V. 6. P. 1043–1077.
  32. Kogarko L.N. Role of volatiles. Ed. H. Sǿrensen. The Alkaline Rocks. Chichester: John Wiley, 1974. P. 474–487.
  33. Kramers J.D., Tolstikhin I.N. Two terrestrial lead isotope paradoxes, forward transport modelling, core formation and the history of the continental crust // Chem. Geol. 1997. V. 139. P. 75–110.
  34. Kramm U., Kogarko L.N. Nd and Sr isotope signatures of the Khibina and Lovozero agpaitic centres, Kola Alkaline Province, Russia // Lithos. 1994. V. 32. P. 225–242.
  35. Litvinovsky B.A., Tsygankov A.A., Jahn B.M. et al. Origin and evolution of overlapping calc-alkaline and alkaline magmas: the Late Palaeozoic post-collisional igneous province of Transbaikalia (Russia) // Lithos. 2011. V. 125. P. 845–874.
  36. Marks M.A.W., Hettmann K., Schilling J. et al. The mineralogical diversity of Alkaline Igneous Rocks: critical factors for the transition from miaskitic to agpaitic phase assemblages // J. Petrol. 2011. V. 52. № 3. P. 439–455. https://doi.org/10.1093/petrology/egq086
  37. Middlemost E.A.K. Naming materials in the magma/igneous rock system // Earth-Sci. Rev. 1994. V. 37. № 3–4. P. 215–224. https://doi.org/10.1016/0012-8252(94)90029-9
  38. Mikova J., Denkova P. Modi֜ed chromatographic separation scheme for Sr and Nd isotope analysis in geological silicate samples // J. Geosci. 2007. V. 52. P. 221–226.
  39. Misawa K., Yamazaki F., Ihira N., Nakamura N. Separation of rare earth elements and strontium from chondritic meteorites by miniaturized extraction chromatography for elemental and isotopic analyses // Geochem. J. 2000. V. 34. P. 11–21.
  40. Mitchell R.H., Smith C.B., Vladykin N.V. Isotopic composition of strontium and neodymium in potassic rocks of the Little Murun complex, Aldan Shield, Siberia // Lithos. 1994. V. 32. P. 243–248.
  41. O’Nions R.K., Hamilton P.J., Evensen N.M. Variations in 143Nd/144Nd and 87Sr/86Sr ratios in oceanic basalts // Earth Planet. Sci. Lett. 1977. V. 34. № 1. P. 13–22.
  42. Ou Q., Wang Q., Wyman D. A. et al. Postcollisional delamination and partial melting of enriched lithospheric mantle: Evidence from Oligocene (ca. 30 Ma) potassium-rich lavas in the Gemuchaka area of the central Qiangtang Block, Tibet // GSA Bull. 2019. V. 131. № 7/8. P. 1385–1408. https://doi.org/10.1130/B31911.1
  43. Pankhurst R.J., Beckinsale R.D., Brooks C.K. Strontium and oxygen isotope evidence relating to the petrogenesis of the Kangerdlugssuaq alkaline intrusion, East Greenland // Contrib. Mineral. Petrol. 1976. V. 54. P. 17–42.
  44. Pearce J.A., Stern R.J., Bloomer S.H., Fryer P. Geochemical mapping of the Mariana arc-basin system: Implications for the nature and distribution of subduction components // Geochem. Geophys. Geosyst. 2005. V. 6. № 7. Q07006. doi: 10.1029/2004GC000895
  45. Pfander J.A., Jochum K.P., Kozakov I. et al. 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. V. 143. P. 154–174.
  46. Riishuus M.S., Peate D.W., Tegner C. et al. Petrogenesis of cogenetic silica-oversaturated and undersaturated syenites by periodic recharge in a crustally contaminated magma chamber: the Kangerlussuaq Intrusion, East Greenland // J. Petrol. 2008. V. 49. № 3. P. 493–522. https://doi.org/10.1093/petrology/egm090
  47. Rudnick R.L., Gao S. Composition of the Continental Crust. Treatise on Geochemistry (Second Edition). Elsevier, 2014. P. 1–51. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-095975-7.00301-6
  48. Sharp Z.D. A laser-based microanalytical method for the in-situ determination of oxygen isotope ratios in silicates and oxides // Geochim. Cosmochim. Acta. 1990. V. 54. P. 1353–1357.
  49. Sun S.-S., McDonough W.F. Chemical and isotope systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes // Geol. Soc. Lond. Spec. Publ. 1989. V. 42. P. 313–345.
  50. Tsygankov A.A., Burmakina G.N., Khubanov V.B., Buyantuev M.D. Geodynamics of Late Paleozoic batholith forming processes in Western Transbaikalia // Petrology. 2017. V. 25. № 4. P. 396–418. https://doi.org/10.1134/S0869591117030043
  51. Vladykin N.V., Sotnikova I.A. Petrology, geochemistry and source characteristics of the Burpala alkaline massif, North Baikal // Geosci. Front. 2017. V. 8. № 4. P. 711–719.
  52. Vorontsov А., Yarmolyuk V., Dril S. et al. Magmatism of the Devonian Altai-Sayan Rift System: Geological and geochemical evidence for diverse plume-lithosphere interactions // Gondwana Res. 2021. V. 89. P. 193–219.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of tectonic zoning of the Baikal-Vitim belt (Andreev et al., 2022)

Download (438KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Scheme of the geological structure of the Burpala massif, according to (Pak et al., 1962) with modifications

Download (384KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Photomicrographs of thin sections of nepheline (a–g), alkaline (d–f), and quartz (g–h) syenites of the Burpala Massif in transmitted light (left column) and crossed nicols (right column). Aln – allanite, Amp – amphibole, Kfs – potassium feldspar, Cpx – clinopyroxene, Lоp – loparite, Nph – nepheline, Pl – plagioclase, Phl – phlogopite, Sdl – sodalite, Ttn – titanite, Qz – quartz. The pink color of the feldspathoids is due to their staining in an aluminone solution.

Download (1MB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Classification diagram SiO₂ vs (Na₂O + K₂O) (a) (Middlemost, 1994) and diagram Al – (Na + K)–FSSI (b) (Frost, Frost, 2008) for the main rock varieties of the Burpala massif. FSSI = normative Q − [Lc + 2(Ne + Kp)]/100.

Download (280KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Variations in the contents of the main petrogenic (wt.%) and rare (ppm) components in the main rock varieties of the Burpala massif. For legend, see Fig. 4.

Download (300KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. REE (a, b) and rare element (c, d) contents normalized to chondrite and primitive mantle (PM) (Sun, McDonough, 1989), respectively, in the rocks of the Burpala massif. For legend, see Fig. 4.

Download (514KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Isotopic composition of oxygen in minerals of the main types of rocks of the Burpala massif.

Download (88KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)T–εNd(T) isotope ratios (a) and (²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb)T–(²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb)T diagram (b) for the rocks of the Burpala massif. See Fig. 4 for legend.

Download (325KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Sr (ppm)–⁸⁷Sr/⁸⁶Sr (a), Nd (ppm)–ɛNd (b), Pb (ppm)–²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb (c) diagrams for the rocks of the Burpala massif. The pink arrow is the assimilation trend. For legend, see Fig. 4.

Download (249KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Zr/Ce–Th/Ta (a) and Zr/Y–Nb/Ta (b) diagrams of the ratios in the rocks of the Burpala massif. For legend, see Fig. 4. Values ​​for the upper (UC) and lower crust (LC) according to (Rudnick, Gao, 2014), host rocks (blue crosses) are the authors’ data.

Download (127KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Comparative characteristics of the distribution spectra of rare elements normalized to the primitive mantle (PM) according to (Sun, McDonough, 1989) for nepheline syenites of the Burpala massif with Mesozoic lamproites of the Aldan-Stanovoy Shield (Bogatikov et al., 1994; Mitchell et al., 1994; Davies et al., 2006), rocks of the Yoko-Dovyren intrusion (Ariskin et al., 2015), shoshonites of Tibet (Guo et al., 2006; Ou et al., 2019), volcanic rocks of the Jurassic Karoo igneous province (Jourdan et al., 2007).

Download (174KB)
Indexing metadata
13. Fig. 12. Ba/Th–(²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb)T diagram for the rocks of the Burpala massif. For legend, see Fig. 4.

Download (121KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 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».