Conditions of Rock Formation and Magma Sources of the Late Cenozoic Udokan Volcanic Plateau

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The Udokan volcanic plateau (UVP), like other areas of the Late Cenozoic volcanic province of Central Asia, formed in the interval from the Middle Miocene to the Pleistocene. Its products have high alkalinity and vary in composition from alkaline picrobasalts and basanites to alkaline trachytes. Compositional changes were controlled by two differentiation trends, which corresponded to different conditions of the original magmas generation. Rocks with low SiO2 contents (<45 wt. %) were formed from melts of low melting degrees that arose under conditions of elevated pressures and temperatures. Formation of rocks corresponding to the composition range 45–61 wt. %. % SiO2 was associated with the differentiation of basalt melts, which arose at shallower depths and at lower temperatures. The geochemical characteristics of the UVP basaltoids make them similar to OIB-type basalts. They are also close in Sr, Nd, and Pb isotopic composition, corresponding to the parameters of a moderately depleted mantle, which is close to the composition of oceanic basalt sources corresponding to the mantle of deep mantle plumes. The corresponding mantle component is present in the sources of other volcanic regions of the Late Cenozoic intraplate volcanic province of Central Asia, which indicates the involvement of the lower mantle plume in the formation of these regions.

About the authors

V. V. Yarmolyuk

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry RAS

Email: v.m.savatenkov@ipgg.ru
Russia, Moscow

V. M. Savatenkov

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, RAS

Author for correspondence.
Email: v.m.savatenkov@ipgg.ru
Russia, Saint-Petersburg

A. M. Kozlovsky

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry RAS

Email: v.m.savatenkov@ipgg.ru
Russia, Moscow

F. M. Stupak

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry RAS

Email: v.m.savatenkov@ipgg.ru
Russia, Moscow

M. V. Kuznetsov

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, RAS

Email: v.m.savatenkov@ipgg.ru
Russia, Saint-Petersburg

L. V. Shpakovich

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, RAS

Email: v.m.savatenkov@ipgg.ru
Russia, Saint-Petersburg

References

  1. Глебовицкий В.А., Никитина Л.П., Салтыкова А.К. и др. Термальная и химическая неоднородность верхней мантии Байкало-Монгольского региона // Петрология. 2007. Т. 15. № 1. С. 62–92.
  2. Грачев А. Ф. Хамар-Дабан – горячая точка Байкальского рифта: данные химической геодинамики // Физика Земли. 1998. № 3. С. 3–28 .
  3. Диденко А.Н., Каплун В.Б., Малышев Ю.Ф. и др. Глубинное строение и металлогения Восточной Азии. Владивосток: Дальнаука, 2010. 332 с.
  4. Добрецов Н.Л., Буслов М.М., Василевский А.Н. Геодинамические комплексы и структуры Забайкалья, их отражение в гравитационных полях // Геология и геофизика. 2019. Т. 60. № 3. С. 301–317.
  5. Зорин Ю.А., Турутанов Е.Х. Региональные изостатические аномалии силы тяжести и мантийные плюмы в южной части Восточной Сибири (Россия) и в Центральной Монголии // Геология и геофизика. 2004. Т. 45. № 10. С. 1248–1258.
  6. Зорин Ю.А., Турутанов Е.Х. Плюмы и геодинамика Байкальской рифтовой зоны // Геология и геофизика. 2005. Т. 46. № 7. С. 685–699.
  7. Зорин Ю.А., Турутанов Е.Х., Кожевников В.М. и др. О пpиpоде кайнозойcкиx веpxнемантийныx плюмов в Воcточной Cибиpи (Pоccия) и Центpальной Монголии // Геология и геофизика. 2006. Т. 47. № 10. С. 1060–1074.
  8. Киселев А.И., Медведев М.Е., Головко Г.А. Вулканизм Байкальской рифтовой зоны и проблемы глубинного магмообразования. Новосибирск: Наука, 1979. 164 с.
  9. Литаcов К.Д., Добpецов Н.Л., Cоболев А.В. Cвидетельcтва pеакционного пpоcачивания pаcплава в веpxней мантии по данным изучения пеpидотитовыx кcенолитов из базальтов Витимcкого и Удоканcкого вулканичеcкиx полей Забайкалья // Докл. АН. 1999. Т. 368. № 4. С. 525–529.
  10. Литаcов К.Д., Литаcов Ю.Д., Иванов А.В. и др. Удоканское вулканическое поле: строение верхней мантии по данным изучения перидотитовых ксенолитов в позднекайнозойских базальтоидах // Геология и геофизика. 2006. Т. 47. № 1. С. 132–152.
  11. Лобковский Л.И., Рамазанов М.М., Котелкин В.Д. Развитие модели верхнемантийной конвекции, сопряженной с зоной субдукции, с приложениями к мел-кайнозойской геодинамике Центрально-Восточной Азии и Арктики // Геодинамика и тектонофизика. 2021. Т. 12. № 3. https://doi.org/10.5800/GT-2021-12-3-0533
  12. Мордвинова В.В., Кобелев М.М., Треусов А.В. и др. Глубинное строение переходной зоны Сибирская платформа–Центрально-Азиатский подвижный пояс по телесейсмическим данным // Геодинамика и тектонофизика. 2016. Т. 7. № 1. С. 85–103.
  13. Новейший вулканизм Северной Евразии: закономерности развития, вулканическая опасность, связь с глубинными процессами и изменениями природной среды и климата // Изменение окружающей среды и климата: природные и связанные с ними техногенные катастрофы. В 8 томах. Пред. ред. кол. Н.П. Лаверов. М.: ИГЕМ РАН, ИФЗ РАН, 2008. Т. 2. 280 с.
  14. Петрографический кодекс. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2008. 198 с.
  15. Покровский Б.Г. Изотопные характеристики щелочных эффузивов Удоканского хребта // Геохимия. 1991. № 7. С. 995–1003.
  16. Рассказов С.В. Базальтоиды Удокана (Байкальская рифтовая зона). Новосибирск: Наука СО, 1985. 142 с.
  17. Рассказов С.В., Чувашова И.С. Вулканизм и транстенсия на северо-востоке Байкальской рифтовой системы. Новосибирск: “ГЕО”, 2018. 374 с.
  18. Рассказов С.В., Бовен А., Андре Л. и др. Эволюция магматизма северо-востока Байкальской рифтовой системы // Петрология. 1997. Т. 5. № 2. С. 115–136.
  19. Рассказов С.В., Чувашова И.С., Ясныгина Т.А. и др. Калиевая и калинатровая вулканические серии в кайнозое Азии. Новосибирск: “ГЕО”, 2012. 351 с.
  20. Ступак Ф.М. Кайнозойский вулканизм хребта Удокан. Новосибирск: Наука, 1987. 169 с.
  21. Ступак Ф.М., Лебедев В.А., Кудряшова Е.А. Этапы и ареалы позднекайнозойского вулканизма хребта Удокан (Забайкалье) по данным геохронологических исследований // Вулканология и сейсмология. 2008. № 1. С. 35–45.
  22. Ступак Ф.М., Лебедев В.А., Кудряшова Е.А. Структурно-вещественные комплексы позднекайнозойского Удоканского лавового плато: закономерности распределения и ассоциации пород // Вулканология и сейсмология. 2012. № 3. С. 46–58.
  23. Ярмолюк В.В., Иванов В.Г. Магматизм и геодинамика Западного Забайкалья в позднем мезозое и кайнозое // Геотектоника. 2000. № 2. С. 43–64.
  24. Ярмолюк В.В., Коваленко В.И., Иванов В.Г. Внутриплитная позднемезозойская–кайнозойская вулканическая провинция Центральной–Восточной Азии – проекция горячего поля мантии // Геотектоника. 1995. № 5. С. 41−67.
  25. Ярмолюк В.В., Кудряшова Е.А., Козловский А.М., Саватенков В.М. Позднемеловой–раннекайнозойский вулканизм Южной Монголии – след Южно-Хангайской горячей точки мантии // Вулканология и сейсмология. 2007. № 1. С. 3–31.
  26. Ярмолюк В.В., Кудряшова Е.А., Козловский А.М., Саватенков В.М. Позднекайнозойская вулканическая провинция Центральной и Восточной Азии // Петрология. 2011. Т. 19. № 4. С. 341–362.
  27. Ashchepkov I.V., André L., Downes H., Belyatsky B.A. Pyroxenites and megacrysts from Vitim picrite-basalts (Russia): Polybaric fractionation of rising melts in the mantle? // J. Asian Earth Sci. 2011. V. 42. P. 14–37.
  28. Adam J., Green T. Trace element partitioning between mica- and amphibole-bearing garnetlherzolite and hydrous basanitic melt: 1. Experimental results and the investigation of controls on partitioning behavior // Contrib. Mineral. Petrol. 2006. V. 152 P. 1–17
  29. Barry T.L., Saunders A.D., Kempton P.D. et al. Petrogenesis of Cenozoic basalts from Mongolia: Evidence for the role of asthenospheric versus metasomatised lithospheric mantle sources // J. Petrol. 2003. V. 44. P. 55–91.
  30. Be’dard J.H. A catalytic delamination-driven model for coupled genesis of Archaeancrust and sub-continental lithospheric mantle // Geochim. Cosmochim. Acta. 2006. V. 70. P. 1188–1214.
  31. Carlson R.W., Ionov D.A. Compositional characteristics of the MORB mantle and bulk silicate earth based on spinel peridotites from the Tariat Region, Mongolia // Geochim. Cosmochim. Acta. 2019. V. 257. P. 206–223.
  32. Chen M., Niu F., Liu Q., Tromp J. Mantle-driven uplift of Hangai Dome: New seismic constraints from adjoint tomography // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42. № 17. P. 6967–6974.
  33. Cunningham D. Active intracontinental transpressional mountain building in the Mongolian Altai: Defining a new class of orogen // Earth Planet. Sci. Lett. 2005. V. 240. P. 436–444.
  34. DePaolo D.J., Wasserburg G.J. Inferences about magma sources and mantle structure from variations of 143Nd/144Nd // Geophysi. Res. Lett. 1976. V. 3. Iss. 12. P. 743–746.
  35. Hart S.R. A large-scale isotope anomaly in the southern hemispheremantle // Nature. 1984. V. 309. P. 753–757.
  36. Herzberg C., Asimow P.D. Petrology of some oceanic island basalts: PRIMELT2.XLS software for primary magma calculation // Geochem. Geophys. Geosyst. 2008. V. 9. Q09001. https://doi.org/10.1029/2008GC002057
  37. Hirschmann M.M., Kogiso T., Baker M.B., Stolper E.M. Alkalic magmas generated by partial melting of garnet pyroxenite // Geology. 2003. V. 31. № 6. P. 481–484.
  38. Gale A., Dalton C.A., Langmuir C.H. et al. The mean composition of ocean ridgebasalts // Geochem. Geophys. Geosyst. 2013. V. 14. P. 489–518. https://doi.org/10.1029/2012GC004334
  39. Hunt A.C., Parkinson I.J., Harris N.B.W. et al. Cenozoic volcanism on the Hangai Dome, Central Mongolia: Geochemical evidence for changing melt sources and implications for mechanisms of melting // J. Petrol. 2012. V. 53. P. 1913–1942
  40. Hofmann A.W., Jochum K.P., Seufert M., White W.M. Nb and Pb in oceanic basalts: New constraints on mantle evolution // Earth Planet. Sci. Lett. 1986. V. 79. P. 33–45.
  41. Ionov D. Mantle structure and rifting processes in the Baikal-Mongolia region: Geophysical data and evidence from xenoliths in volcanic rocks // Tectonophysics. 2002. V. 351. P. 41–60.
  42. Ionov D.A., Hofmann A.W., Shimizu N. Metasomatism-induced melting in mantle xenoliths from Mongolia // J. Petrol. 1994. V. 35. P. 753–785.
  43. Ionov D.A., Ashchepkov I., Jagoutz E. The provenance of fertile off-craton lithospheric mantle: Sr-Nd isotope and chemical composition of garnet and spinel peridotite xenoliths from Vitim, Siberia // Chemical Geol. 2005. V. 217. P. 1–75
  44. Johnson J.S., Gibson S.A., Thompson R.N. et al. Volcanism in the Vitim volcanic fi eld, Siberia: Geochemical evidence for a mantle plume beneath the Baikal Rift Zone // J. Petrol. 2005. V. 46. № 7. P. 1309–1344.
  45. Le Voyer M., Kelley K.A., Cottrell E., Hauri E.H. Heterogeneity in mantle carbon contentfrom CO2-undersaturated basalts // Nature. 2017. P. 1–8
  46. McCulloch M.T., Gamble J.A. Geochemical and geodynami-cal constraints on subduction zone magmatism // Earth Planet. Sci. Lett. 1991. V. 102. P. 358–374.
  47. McKenzie D. Some remarks on the movement of small melt fractions in the mantle // Earth Planet. Sci. Lett. 1989. V. 95. P. 53–72.
  48. McCulloch M.T., Wasserburg G.J. Sm-Nd and Rb-Sr chronology of continental crust formation // Science. 1978. V. 200. P. 1003–1011
  49. Morimoto N., Fabries J., Ferguson A.K. et al. Nomenclature of pyroxenes // Mineral. Mag. 1988. V. 52. P. 535–550.
  50. Neymark L.A., Kovach V.P., Nemchin A.A. et al. Late Archaean intrusive complexes in the Olekma granite-greenstone terrain (eastern Siberia): Geochemical and isotopic study // Precambr. Res. 1993. V. 62. Iss. 4. P. 453–472.
  51. O’Hara M.J. The bearing of phase equilibria studies in synthetic and natural systems on the origin and evolution of basic and ultrabasic rocks // Earth-Sci. Rev. 1968. V. 4. P. 69–133.
  52. O’Reilly S.Y., Griffin W.L. Mantle Metasomatism // Metasomatism and the Chemical Transformation of Rock SE-8. Eds. D.E. Harlov, A. Håkon. Berlin, Heidelberg: Springer, 2013. P. 471–533.
  53. Palme H., O’Neill H.S.C. Cosmochemical estimates of mantle composition // Treatise on Geochemistry. 2-nd ed. 2014. V. 3. P. 1–39. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-095975-7.00201-1
  54. Pearce J.A. Geochemical fingerprinting of oceanic basalts with applications to ophiolite classification and the search for archean oceanic crust // Lithos. 2008. V. 100. P. 14–48.
  55. Perepelov A., Kuzmin M., Tsypukova S. et al. Late cenozoic Uguumur and Bod-Uul volcanic centers in Northern Mongolia: Mineralogy, geochemistry, and magma sources // Minerals. 2020. V. 10. № 7. https://doi.org/10.3390/min10070612
  56. Pilet S., Baker M.B., Stolper E.M. Metasomatized lithosphere and the origin of alkaline lavas // Science. 2008. V. 320. P. 916–919.
  57. Putirka K. Thermometers and barometers for volcanic systems // Rev. Mineral. Geochem. 2008. V. 69. P. 61–120.
  58. Rhodes J.M., Dungan M.A., Blanchard D.P., Long P.E. Magma mixing at mid-ocean ridges: Evidence form basalts drilled near 22° N on the mid-Atlantic ridge // Tectonophys. 1979. V. 55. P. 5–61.
  59. Rudnick R.L., Gao S. Composition of the continental crust // Ed. R.L. Rudnick. The Crust. Treatise on Geochemistry. Oxford. 2003. V. 3. P. 1–64.
  60. Smith P.M., Asimow P. Adiabat-1ph: A new public front-end to the MELTS, pMELTS, and pHMELTS models // Geochem. Geophys. Geosyst. 2005. V. 6. P. 1525–2027. https://doi.org/10.1029/2004GC000816
  61. Sobolev A.V., Hofmann A.W., Kuzmin D.V. et al. The amount of recycled crust in sources of mantle-derived melts // Science. 2007. V. 316. P. 412–417.
  62. Sun S., McDonough W.F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: Implications for mantle composition and processes // Eds. A.D. Saunders, M.J. Norry. Magmatism in the Ocean Basins. Geol. Soc. London. 1989. Special Publ. 42. P. 313–345.
  63. Taylor S.R., McLennan S.M. The continental crust: Its composition and evolution; an examination of the geochemical record preserved in sedimentary rocks. Oxford: Blackwell, 1985. V. 312.
  64. Togtokh K., Miao L., Zhang F. et al. Major, trace element, and Sr-Nd isotopic geochemistry of Cenozoic basalts in Central-North and East Mongolia: Petrogenesis and tectonic implication // Geol. J. 2019. V. 54. P. 3660–3680.
  65. Wang C., Liu Y., Min N. et al. Paleo-Asian oceanic subduction-related modification of the lithospheric mantle under the North China Craton: Evidence from peridotite xenoliths in the Datong basalts // Lithos. 2016. V. 261. P. 109–127.
  66. Wang E.C. Timing of the initial collision between the Indian and Asian continents // Sci. China Earth Sci. 2017. V. 60. P. 626–634.
  67. Willbold M., Stracke A. Trace element composition of mantle end-members: Implications for recycling of oceanic and upper and lower continental crust // Geochem. Geophys. Geosyst. 2006. V. 7. Q04004. https://doi.org/10.1029/2005GC001005
  68. Workman R.K., Hart S.R. Major and trace element composition of the depleted MORB mantle (DMM) // Earth Planet. Sci. Lett. 2005. V. 231. P. 53–72
  69. Yang G., Li Y., Safonova I. et al. Early Carboniferous volcanic rocks of West Junggar in the western Central Asian Orogenic Belt: Implications for a supra-subduction system // Int. Geol. Rev. 2014. V. 56. P. 823–844.
  70. Yang Z.F., Li J., Jiang Q.B. et al. Using major element logratios to recognize compositional patterns of basalt: Implications for source lithologicaland compositional heterogeneities // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2019. V. 124. P. 3458–3490.
  71. Yarmolyuk V.V., Kudryashova E.A., Kozlovsky A.M. et al. Late Mesozoic–Cenozoic intraplate magmatism in Central Asia and its relation with mantle diapirism: Evidence from the South Khangai volcanic region, Mongolia // J. Asian Earth Sci. 2015. V. 111. P. 604–623. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2015.05.008
  72. Zhang Y., Yuan C., Sun M. et al. Recycled oceanic crust in the form of pyroxenite contributing to the Cenozoic continental basalts in Central Asia: New perspectives from oli-vine chemistry and whole-rock B–Mo isotopes // Contrib. Mineral. Petrol. 2019. V. 174. P. 1–22.
  73. Zhao D. Multiscale seismic tomography and mantle dynamics // Gondwana Res. 2009. V. 15. P. 297–323.
  74. Zhao D., Lei J., Tang R. Origin of the Changbai intra-plate volcanism in Northeast China: Evidence from seismic tomography // Chinese Sci. Bull. 2004. V. 49. № 13. P. 1401–1408.

Supplementary files


Copyright (c) 2023 В.В. Ярмолюк, В.М. Саватенков, А.М. Козловский, Ф.М. Ступак, М.В. Кузнецов, Л.В. Шпакович

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies