Geochemistry and age of paleoproterozoic metavolcanoic and metasedimentary rocks of the Don terrane of the Volga-Don orogen

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The Don terrane, which is extensively reworked by metamorphism and granitoid intrusions, is part of the Volga–Don orogen stretching along the eastern margin of the Sarmatian segment of the East European Craton. The terrane consists of gneiss-granites of the Pavlovsk complex, metavolcanic rocks, ranging from basaltic andesites to dacites (amphibolites and gneisses), and metasedimentary rocks (marbles and calc-silicate rocks) of the Don Group. The volcanic rocks are typically enriched in LILE and LREE and show negative HFSE anomalies, indicating fluid-assisted melting of the mantle wedge in a subduction zone. The Nd isotopic composition (εNd2200 = –1.2 to +3.4, model age 2180–2550 Ma) and Hf isotopic composition (εHf = –4.3 to +3.3, model age 2290–2640 Ma) indicate an enriched mantle or a mixed crustal–mantle source of the parental melts of the volcanics and a juvenile source for sediments of the Don Group. The U–Pb zircon metamorphic age of the gneisses and amphibolites is 2047 ± 7 Ma, and that of the thermal effect of the granitoid batholith on the host rocks is 2060 ± 4 Ma. According to isotope geochemical and geochronological data, the Don Group is underlain by Archean rocks, contains Archean detrital zircons, but the age of this group is no older than 2300 Ma. A facies and age analogue of the Don Group is the Temryuk Formation of the Central Azov Group of the Ukrainian shield. In the Paleoproterozoic, the eastern margin of Sarmatia was likely a continental arc, which was nearly coeval with the island arc–backarc basin system of the Losevo Group.

Full Text

Restricted Access

About the authors

R. А. Terentiev

Voronezh State University

Author for correspondence.
Email: terentiev@geol.vsu.ru
Russian Federation, Universitetskaya square, 1, Voronezh, 394018

К. А. Savko

Voronezh State University

Email: terentiev@geol.vsu.ru
Russian Federation, Universitetskaya square, 1, Voronezh, 394018

Е. H. Korish

Voronezh State University

Email: terentiev@geol.vsu.ru
Russian Federation, Universitetskaya square, 1, Voronezh, 394018

М. V. Chervyakovskaya

Zavaritskii Institute of Geology and Geochemistry, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: terentiev@geol.vsu.ru
Russian Federation, Pochtovyi per., 7, Yekaterinburg, 620219

References

  1. Артеменко Г. В., Беккер А. Ю., Хоффманн А., Шумлянський Л. В. (2020) LA-ICP-MS U-Pb вік кластогенного циркону з кварцитів темрюцької світи (Новоукраїнське залізорудне родовище Корсацького блоку, Західне Приазов’я). Геологічний журнал. (3), 36–46.
  2. Бердников М. Д., Молотков С. П. (1977) Раннедокембрийский гранитоидный комплекс юго-востока ВКМ. Вопросы геологии и металлогении докембрия ВКМ. Воронеж, 14–20.
  3. Бибикова Е. В., Богданова С. В., Постников А. В., Попова Л. П., Кирнозова Т. И., Фугзан М. М., Глущенко В. В. (2009) Зона сочленения Сарматии и Волго-Уралии: изотопно-геохронологическая характеристика супракрустальных пород и гранитоидов. Стратиграфия. Геологическая корреляция. 17 (6), 3–16.
  4. Буш, А.А., Ермаков, Л.Н., Уйманова, Л.Н. (2000) Геодинамическая модель формирования позднейархейских, раннепротерозойских структур Воронежского массива. Геотектоника, (4), 14–24.
  5. Епифанов Б. П. (1959) Вопросы стратиграфии докембрия Курско-Воронежской антеклизы. Материалы по геологии и полезным ископаемым центральных районов Европейской части СССР, Вып. 2. Курская магнитная аномалия. Калужское книжное изд-во, 28–52.
  6. Кузнецов А. Б., Лобач-Жученко С.Б., Каулина, Т. В. Константинова Г. В. (2017) Палеопротерозойский возраст карбонатных пород и трондьемитов центральноприазовской серии: Sr-изотопная хемостратиграфия и U–Pb-геохронология. ДАН. 484 (6), 725–728.
  7. Лебедев И. П. (1998). К вопросу о геологической природе глубинных неоднородностей земной коры Воронежского кристаллического массива и истории их формирования в раннем докембрии. Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей. Труды международной конференции, Воронеж, 308–314.
  8. Лобач-Жученко С.Б., Рыборак М. В., Салтыкова Т. Е., Сергеев С. А., Лохов К. И., Боброва Е. М., Сукач В. В., Скублов С. Г., Бережная Н. Г., Альбеков А. Ю. (2017) Формирование континентальной коры Сарматии в архее. Геология и геофизика. 58 (12), 1886–1914.
  9. Петракова М. Е., Терентьев Р. А., Юрченко А. В., Савко К. А. (2022) Геохимия и геохронология палеопротерозойских кварцевых монцогаббро-монцодиорит-гранодиоритов плутона Потудань (Волго-Донской ороген). Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле. 67 (1), 74–96.
  10. Петракова М. Е., Кузнецов А. Б., Балтыбаев Ш. К., Саватенков В. М., Терентьев Р. А., Савко К. А. (2024) Источники расплавов и условия образования гранитоидов Хохольско-Репьёвского батолита Волго-Донского орогена Восточно-Европейского кратона. Геохимия. 69 (5), 437-460.
  11. Петров, Б.М., Чернышев Н. М. (1998) Корреляционная схема стратиграфии и магматизма раннего докембрия Воронежского кристаллического массива. МПР РФ, Центргео.
  12. Полищук В. Д., Голивкин Н. И., Зайцев О. С., Клагиш Б. Д., Полищук В. И., Павловский В. И., Красовицкая Р. С. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии. Том 1. Геология. Книга первая. Докембрий. М. Недра, 1970, 440 с.
  13. Савко К. А., Скрябин В. Ю. (1999) Петрология форстерит-клиногумитовых мраморов Воронежского кристаллического массива. Геология и геофизика. 40 (4), 592–605.
  14. Терентьев Р. А. (2005) Раннепротерозойский палеобассейн Лосевской шовной зоны, Воронежский кристаллический массив. Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология, (1), 81–94.
  15. Терентьев Р. А. (2016) Петрография и геохронология гранитов Лискинского плутона Воронежского кристаллического массива. Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология, (3), 43–52.
  16. Терентьев Р. А. (2018) Геология донской серии докембрия Воронежского кристаллического массива. Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология, (2), 5–19.
  17. Терентьев Р. А., Савко К. А. (2017) Минеральная термобарометрия и геохимия палеопротерозойских магнезиально-калиевых гранитоидов Павловского плутона, Восточно-Европейский кратон. Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология, (3), 34–45.
  18. Чернышов Н. М., Ненахов В. М., Лебедев И. П., Стрик Ю. Н. (1997) Геодинамическая модель формирования Воронежского кристаллического массива. Геотектоника, (3), 21–31.
  19. Щипанский А. А., Самсонов А. В., Петрова А. Ю., Ларионова Ю. О. (2007) Геодинамика восточной окраины Сарматии в палеопротерозое. Геотектоника. (1), 43–70.
  20. Black L. P., Gulson B. L. (1978) The age of the Mud Tank carbonatite, Strangways Range, Northern Territory. J. Austral. Geol. Geophys. 3, 227–232.
  21. Bogdanova S. V., Gorbatschev R., Garetsky R. G. (2005) East European Craton. In: Selley R., Cocks R., Plimer I. (Eds.), Encyclopedia of Geology, Elsevier, Amsterdam, 2, 34–49.
  22. Cabanis B. et Lecolle M. (1989) Le diagramme La/l0-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. Comptes Rendus de l’Academie des Sciences. 313, 2023–2029.
  23. Condie K. C. (1993) Chemical composition and evolution of the upper continental crust: contrasting results from surface samples and shales. Chem. Geol. 104, 1–37.
  24. Corfu F., Hanchar J. M., Hoskin P. W.O., Kinny P. (2003) Atlas of zircon textures. In: Hanchar J. M., Hoskin P. W.O. (eds) Zircon. Rev. Mineral. Geochem. 53, 469–500.
  25. Elliott T., Plank T., Zindler A., White W., Bourdon B. (1997) Element transport from slab to volcanic front at the Mariana arc. J. Geoph. Res. 102, 14991–15019.
  26. Frost B. R. and Frost C. D. (2008) A geochemical classification for feldspathic igneous rocks. J. Petrol. 49, 1955–1969.
  27. Giovanardi T., Lugli F. (2017) The Hf-INATOR: a free data reduction spreads heet for Lu/Hf isotope analysis. Earth Sci. Informat. 10, 517–523.
  28. Goldstein S. J. and Jacobsen S. B. (1988) Nd and Sr isotopic systematics of river water suspended material: implications for crustal evolution. Earth Planet. Sci. Lett. 87, 249–265.
  29. Hollocher K., Robinson P., Walsh E., Roberts D. (2012) Geochemistry of amphibolite-facies volcanics and gabbros of the Støren Nappe in extensions west and southwest of Trondheim, Western Gneiss Region, Norway: a key to correlations and paleotectonic settings. Am. J. Sci. 312, 357–416.
  30. Irvine T. N. and Baragar W. R.A. (1971) A guide to the chemical classification of the common volcanic rocks. Can. J. Earth Sci. 8, 523–548.
  31. Jackson S. E., Norman J. P., William L. G., Belousova E. A. (2004) The application of laser ablation -inductively coupled plasma-mass spectrometry to in situ U-Pb zircon geochronology. Chem. Geol. 211, 47–69.
  32. Jacobsen S. B., Wasserburg G. J. (1984) Sm-Nd evolution of chondrites and achondrites. Earth Planet. Sci. Lett. 67, 137–150.
  33. Johansson Å. (2014) From Rodinia to Gondwana with the ‘SAMBA’ model — A distant view from Baltica towards Amazonia and beyond. Precambrian Res. 244, 226–235.
  34. Kelsey D. E. and Hand M. (2015) On ultrahigh temperature crustal metamorphism: Phase equilibria, trace element thermometry, bulk composition, heat sources, timescales and tectonic settings. Geosci. Front. 6, 311–356
  35. Kunz B. E., Regis D., Engi M. (2018) Zircon ages in granulite facies rocks: decoupling from geochemistry above 850 °C. Contrib. Mineral. Petrol. 173, 1–26.
  36. Larionov A. N., Andreichev V. A., Gee D. G. (2004) The Vendian alkaline igneous suite Northern Timan: zircon ages of gabbros and syenites. In: Gee, D.G., Pease, V. (eds.) The Neoproterozoic Timanide Orogen of Eastern Baltica. Geolical Society, London, Memoirs 30, 69–74.
  37. LeBas M.J., LeMaitre R.W., Streckeisen A., Zanettin B. (1986) A chemical classification of volcanic rocks based on the total alkali-silica diagram. J. Petrol. 27, 745–750.
  38. Ludwig K. R. (2008) Isoplot / Ex ver. 3.6. Berkeley Geochronology Center. Special Publication, 4, 77 p.
  39. Meschede M. (1986) A method of discriminating between different types of mid-ocean ridge basalts and continental tholeiites with the Nb-Zr-Y diagram. Chem. Geol. 56, 207–218.
  40. Mints M. V., Dokukina K. A., Konilov A. N., Philippova I. B., Zlobin V. L., Babayants P. S., Belousova E. A., Blokh Y. I., Bogina M. M., Bush W. A., Dokukin P. A., Kaulina T. V., Natapov L. M., Piip V. B., Stupak V. M., Suleimanov A. K., Trusov A. A., Van K. V., Zamozhniaya N. G. (2015) East European Craton: Early Precambrian History and 3D Models of Deep Crustal Structure. Geol. Soc. Am. Spec., 510. DOI: https://doi.org/10.1130/SPE510
  41. Ohta T., Arai H. (2007) Statistical empirical index of chemicalweathering in igneous rocks: a new tool for evaluating the degree of weathering. Chem. Geol. 240, 280–297.
  42. Pearce J. A. (1982) Trace element characteristics of lavas from destructive plate boundaries. In Thorp R. S., editor, Andesites: Orogenic Andesites and Related Rocks: John Wiley and Sons, New York, 525–548.
  43. Rubatto D. (2017) Zircon: The Metamorphic Mineral. Rev. Mineral. Geochem. 83, 261–295.
  44. Rudnick R., and Gao S. (2003) Composition of the continental crust. Treatise Geochemistry 3, 1–64.
  45. Savko K. A., Samsonov A. V., Kotov A. B., Salnikova E. B., Korish E. H., Larionov A. N., Anisimova I. V., Bazikov N. S. (2018) The Early Precambrian metamorphic events in Eastern Sarmatia. Precambrian Res. 311, 1–23
  46. Savko K. A., Samsonov A. V., Larionov A. N., Chervyakovskaya M. V., Korish E. H., Larionova Yu.O., Bazikov N. S., Tsybulyaev S. V. (2021) A buried Paleoarchean core of the Eastern Sarmatia, Kursk block: U-Pb, Lu-Hf and Sm-Nd isotope mapping and paleotectonic application. Precambrian Res. 353. DOI: https://doi.org/10.1016/j.precamres.2020.106021
  47. Shaw D. M. (1972) The Origin of the Apsley Gneiss, Ontario. Can. J. Earth i. 9 (1), 18–35.
  48. Shchipansky A. A. and Bogdanova S. V. (1996) The Sarmatian crustal segment: Precambrian correlation between the Voronezh Massif and the Ukrainian Shield across the Dniepr-Donets Aulacoeen. Tectonophysics 268, 109–125.
  49. Simonen A. (1953) Stratigraphy and sedimentation of the svecofennidic, Early Archean supracrustal rocks in southwestern Finland. Bull. Geol. Soc. Finland 160, 1–64.
  50. Tarrey J., Dalziel I. W.D., DeWit M.J. (1976) Marginal basin ‘Rocas Verdes’ complex form S. Chile: A model for Archaean greenstone belt formation. In The Early History of the Earth. Edited by B. F. Windley. Wiley, London, 131–146.
  51. Terentiev R. A., Santosh M. (2020) Baltica (East European Craton) and Atlantica (Amazonian and West African Cratons) in the Proterozoic: The pre-Columbia connection. Earth Sci. Rev. 210. DOI: https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103378
  52. Terentiev R. A., Savko K. A., Santosh M., Korish E. H., Sarkisyan L. S. (2016) Paleoproterozoic granitoids of the Losevo terrane, East European Craton: age, magma source and tectonic implications. Precambrian Res. 287, 48–72.
  53. Terentiev R. A., Savko K. A., Santosh M. (2017) Paleoproterozoic evolution of the arc–back-arc system in the East Sarmatian Orogen (East European Craton): zircon SHRIMP geochronology and geochemistry of the Losevo volcanic suite. Am. J. Sci. 317 (6), 707–753.
  54. Terentiev R. A., Savko K. A., Petrakova M. E., Santosh M., Korish E. H. (2020) Paleoproterozoic granitoids of the Don terrane, East-Sarmatian Orogen: age, magma source and tectonic implications. Precambrian Res. 346. DOI: https://doi.org/10.1016/j.precamres.2020.105790
  55. Winchester J. A. and Floyd P. A. (1977) Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements. Chem. Geol. 20, 325–343.
  56. Wood D. A. (1980) The application of a Th-Hf-Ta diagram to problems of tectonomagmatic classification and to establishing the nature of crustal contamination of basaltic lavas on the British Tertiary Volcanic Province. Earth Plan. Sci. Lett. 50, 11–30.
  57. Woodhead J. D., Eggins S. M., Johnson R. W. (1998) Magma genesis in the New Britain island arc: further insights into melting and mass transfer processes. J. Petrol. 39, 1641–1668.
  58. Yakymchuk C., Kirkland C. L., Clark C. (2018) Th/U ratios in metamorphic zircon. J. Metamorph. Geol. 36, 715–737.
  59. Zhao G. C., Sun M., Wilde S. A., Li S. Z. (2003) Assembly, accretion and breakup of the Paleo-Mesoproterozoic Columbia supercontinent: records in the North China Craton. Gondwana Res. 6, 417–434.
  60. Zhang K.-J., Li Q.-H., Yan L.-L., Zeng L., Lu L., Zhang Y.-X., Hui J., Jin X., Tang X.-C. (2017) Geochemistry of limestones deposited in various plate tectonic settings. Earth. Sci. Rev. 167, 27–46.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of the location of the junction zone of Sarmatia and Volga-Uralia within the East European Craton.

Download (501KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Geological diagram of the stratotype area of ​​the Don series (west of the Volga-Don orogen).

Download (1MB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Geological sections of wells 0157 (granitoids of the Pavlovsky complex with skialites of amphibolites and gneisses of the Don series) and 6391 (Don series).

Download (1MB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Classification petrochemical diagrams for metavolcanic rocks of the Don series: SiO2–(Na2O + K2O) (LeBas et al., 1986), Zr/Ti–SiO2 (Winchester, Floyd, 1977), AFM (Irvine, Barragar, 1971) and SiO2–Fe-index (Frost, Frost, 2008).

Download (452KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Distribution of rare and rare earth elements in the rocks of the Don series. Chondrite CI and primitive mantle according to (Sun, McDonough, 1989), upper crust according to (Rudnick, Gao 2003).

Download (565KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Petrochemical diagrams for carbonate-bearing rocks of the Don series.

Download (143KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Micrographs of zircon grains in the cathodoluminescence mode and diagrams with concordia for zircon from amphibolite and gneiss of the Don series (samples 0157/231-243 and 6391/282-288). The numbers of measurement sites correspond to the measurement results in Table 2.

Download (891KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. εNd(t) – Age diagram for the Don series rocks. The evolution fields of the Nd isotopic composition of the continental crust are given according to (Bibikova et al., 2009; Shchipansky et al., 2007; Savko et al., 2021; Terentiev et al., 2016, 2017).

Download (167KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Discrimination diagrams for amphibolites of the Don series: (a) — (Cabanis et Lecolle, 1989); (b) — (Meschede, 1986); (c) — (Wood, 1980); (d) — (Hollocher et al., 2012); (d) — (Pearce, 1982).

Download (342KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Discrimination diagrams (Zhang et al., 2017) for carbonate rocks of the Don series.

Download (126KB)
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».