Variation in Trace Element and Isotope Composition of Neoarchean Mafic Granulites of the Southwest Siberian Craton: A Consequence of Various Mantle Sources or Crustal Contamination

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The paper presents geochemical and isotopic characteristics of Neoarchean (2.7–2.66 Ga) mafic granulites of the Sharyzhalgay uplift in the southwestern Siberian craton. Mafic and predominant felsic granulites compose fragments of the metamorphic complex among the Neoarchean and Paleoproterozoic granitoids. Mafic granulites are characterized by the mineral association Cpx + Pl ± Hbl ± Opx ± Qz and include two types with different major and immobile trace element contents. The dominant rocks of the first type have a wide range of Mg# and concetrations of TiO2 and immobile trace elements (REE, Zr, Nb, and most positive εNd(Т) va-lues. The first type of mafic granulites show elevated (La/Sm)n and enrichment in Th and LREE relative Nb which is typical of basalts of subduction origin or crustal contaminated basalts. The absence of negative correlation between (La/Sm)n and εNd(Т) and a clear positive correlation of TiO2 with Nb testify against the effect of crustal contamination on the composition of the mafic granulites. The magmatic protoliths of first type of mafic granulites are suggested to form by the melting of depleted peridotites of the subcontinental mantle which metasomatized by melts formed from basalts or terrigenous sediments of the subducting plate. Mafic granulites of the second type have a narrower range of Mg#, TiO2 content, positive εNd(Т), flat rare earth patterns and no subduction signatures, which indicates an asthenospheric depleted mantle source. Ma-fic granulites contaminated by the Paleoarchean crust are characterized by increased (La/Sm)n, depletion of Nb relative to Th and LREE, and negative εNd(Т) values. Post magmatic influence of granitoids lead to the enrichment of mafic granulites in biotite and apatite, an increased in concentrations of K2O, P2O5, a signi-ficant enrichment of Zr, Nb, Th, LREE, and negative εNd(Т) values. The difference between mafic granulites of the first and second types is not resulted from crustal contamination, but is due to the melting of two types of sources: asthenospheric and subcontinental lithospheric mantle. The subcontinental lithospheric mantle of the Irkut block was isotopically depleted for the Neoarchean time (∼2.7 Ga), and its enrichment in incompatible trace elements, presumably by felsic melts generated from the rocks of subducting plate, immediately preceded mafic magmatism.

About the authors

O. M. Turkina

V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of Russian Academy of Science

Author for correspondence.
Email: turkina@igm.nsc.ru
Russia, Novosibirsk

References

  1. Гладкочуб Д.П., Донская Т.В., Мазукабзов А.М. и др. Китойский комплекс гранитоидов (юг Сибирского кратона): структурно-геологическая позиция, состав, возраст и геодинамическая интерпретация // Геология и геофизика. 2005. Т. 46. № 11. С. 1139–1150.
  2. Гладкочуб Д.П., Писаревский С.А., Мазукабзов А.М. и др. Первые свидетельства палеопротерозойского позднеколлизионного базитового магматизма в Присаянском выступе фундамента Сибирского кратона // Докл. АН. 2013. Т. 450. № 4. С. 440–444.
  3. Грабкин О.В., Мельников А.И. Структура фундамента Сибирской платформы в зоне краевого шва (на примере Шарыжалгайского блока). Новосибирск: Наука, 1980. 90 с.
  4. Мехоношин А.С., Эрнст Р.Э., Седерлунд У. и др. Связь платиноносных ультрамафит-мафитовых интрузивов с крупными изверженными провинциями (на примере Сибирского кратона) // Геология и геофизика. 2016. Т. 57. № 5. С. 1043–1057.
  5. Николаева И.В., Палесский С.В., Козьменко О.А., Аношин Г.Н. Определение редкоземельных и высокозарядных элементов в стандартных геологических образцах методом масс-спектрометрии с индукционно-связанной плазмой // Геохимия. 2008. № 10. С. 1085–1091.
  6. Сальникова Е.Б., Котов А.Б., Левицкий В.И. и др. Возрастные рубежи проявления высокотемпературного метаморфизма в кристаллических комплексах Иркутного блока Шарыжалгайского выступа фундамента Сибирской платформы: результаты U-Pb датирования единичных зерен циркона // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2007. Т. 1. № 4. С. 3–19.
  7. Сухоруков В.П. Декомпрессионные минеральные микроструктуры в гранулитах Иркутного блока (Шарыжалгайский выступ Сибирской платформы) // Геология и геофизика. 2013. Т. 54. № 9. С. 1314–1335.
  8. Сухоруков В.П., Туркина О.М. Р-Т тренд метаморфизма и возраст мигматитов северо-западной части Иркутного блока (Шарыжалгайский выступ Сибирской платформы) // Геология и геофизика. 2018. Т. 59. № 6. С. 837–856.
  9. Туркина О.М. Раннедокембрийская эволюция коры Иркутного блока Шарыжалгайского выступа (юго-запад Сибирского кратона): синтез U-Pb, Lu-Hf и Sm-Nd изотопных данных // Геология и геофизика. 2022. Т. 63. № 2. С. 163–182.
  10. Туркина О.М., Капитонов И.Н. Источники палеопротерозойских коллизионных гранитоидов (Шарыжалгайский выступ, ЮЗ Сибирского кратона): от литосферной мантии до верхней коры // Геология и геофизика. 2019. Т. 60. № 4. С. 489–513.
  11. Туркина О.М., Сухоруков В.П. Раннедокембрийский гранитоидный магматизм Китойского блока и этапы коллизионных событий на юго-западе Сибирского кратона // Геология и геофизика. 2022. Т. 63. № 5. С. 745–763.
  12. Туркина О.М., Урманцева Л.Н., Бережная Н.Г., Скублов С.Г. Формирование и мезоархейский метаморфизм гиперстеновых гнейсов в Иркутном гранулитогнейсовом блоке (Шарыжалгайский выступ Сибирского кратона) // Геология и геофизика. 2011. Т. 52. № 1. С. 122–137.
  13. Туркина О.М., Сергеев С.А., Сухоруков В.П., Родионов Н.В. U-Pb возраст циркона из парагнейсов в гранулитовом блоке Шарыжалгайского выступа (юго-запад Cибирского кратона): свидетельства архейского осадконакопления и формирования континентальной коры от эо- до мезоархея // Геология и геофизика. 2017. Т. 58. № 9. С. 1281–1297.
  14. Туркина О.М., Родионов Н.В., Бережная Н.Г. Цирконы из мафических пород: магматические vs. ксеногенные (примеры из раннедокембрийских пород юго-запада Сибирского кратона) // VIII Российская конференция по изотопной геохронологии: “Возраст и корреляция магматических, метаморфических, осадочных и рудообразующих процессов”. Санкт-Петербург. 2022. С. 160–161.
  15. Angerer T., Kerrich R., Hagemann S.G. Geochemistry of a komatiitic, boninitic, and tholeiitic basalt association in the Mesoarchean Koolyanobbing greenstone belt, Southern Cross Domain, Yilgarn craton: implications for mantle sources and geodynamic setting of banded iron formation // Precamb. Res. 2013. V. 224. P. 110–128.
  16. Béedard, J. Parental magmas of the Nain plutonic suite anortosites and mafic cumulates: a trace element modelling approach // Contrib. Mineral. Petrol. 2001. V. 141. P. 747–771.
  17. Furnes H., De Wit M., Robins B. A review of new interpretations of the tectonostratigraphy, geochemistry and evolution of the Onverwacht Suite, Barberton greenstone belt, South Africa // Gondwana Res. 2013. V. 23. P. 403–428.
  18. Herzberg C., Condie K., Korenaga J. Thermal history of the Earth and its petrological expression // Earth Planet. Sci. Lett. 2010. V. 292. P. 79–88.
  19. Hollings P., Kerrich R. Trace element systematics of ultramafic and mafic volcanic rocks from the 3 Ga North Caribou greenstone belt, northwestern Superior Province // Precambr. Res. 1999. V. 93. P. 257–279.
  20. Hopgood A.M., Bowes D.R. Contrasting structural features in the granulite-gneiss-charnockite-granite complex, Lake Baikal, USSR: evidence for diverse geotectonic regimes in early Proterozoic times // Tectonophysics. 1990. V. 17. P. 279–299.
  21. Hughes H.S.R., McDonald J., Goodenough K.M. et al. Enriched lithospheric mantle keel below the Scottish margin of the North Atlantic Craton: evidence from the Palaeoproterozoic Scourie Dyke Swarm and mantle xenoliths // Precambr. Res. 2014. V. 250. P. 97–126.
  22. Humbert F., Aganic A., Massuyeau M. et al. Rifting of the Kaapvaal craton during the early Paleoproterozoic: evidence from magmatism in the western Transvaal subbasin (South Africa) // Precambr. Res. 2020. V. 342. 105687.
  23. Jenner F.E., Bennett V.C., Nutman A.P. et al. Evidence for subduction at 3.8 Ga: geochemistry of arc-like metabasalts from the southern edge of the Isua Supracrustal Belt // Chemical Geol. 2009. V. 261. P. 83–98.
  24. Jacobsen S.B., Wasserburg G.J. Sm-Nd evolution of chondrites and achondrites // Earth Planet. Sci. Lett. 1984. V. 67. P. 137–150.
  25. Keppler H. Constraints from partitioning experiments on the composition of subduction-zone fluids // Nature. 1996. V. 380. P. 237–240.
  26. Ludden J., Gelinas L. Archaean metavolcanics from the Rouyn-Noranda district, Abitiby greenstone belt, Quebec. 2. Mobility of trace elements and petrogenetic constraints // Canadian J. Earth Sci. 1982. V. 19. P. 2276–2287.
  27. Pearce J.A., Parkinson I.J. Trace element models for mantle melting: application to volcanic arc petrogenesis // Eds. H.M. Prichard, T. Alabaster, N.B.W. Harris, C.R. Neary. Magmatic Processes and Plate Tectonics: Geol. Soc. London, Spec. Publ. 1993. V. 76. P. 373–403.
  28. 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. V. 392–393. 106068.
  29. Pfander A., Jochum K.P., Kozakov I. et al. Coupled evolution of back-arc and arc-like mafic crust in the late-Neoproterozoic Agardagh Tes-Chem ophiolite, Central Asia: Evidence from trace element and Sm-Nd isotope data // Contrib. Mineral. Petrol. 2002. V. 143. P. 154–174.
  30. Polat A. The geochemistry of Neoarchean (ca. 2700 Ma) tholeiitic basalts, transitional to alkaline basalts, and gabbros, Wawa Subprovince, Canada: implications for petrogenetic and geodynamic processes // Precambr. Res. 2009. V. 168. P. 83–105.
  31. Polat A., Li J., Fryer B. et al. Geochemical characteristics of the Neoarchean (2800–2700 Ma) Taishan greenstone belt, North China Craton: evidence for plume–craton interaction // Chemical Geol. 2006. V. 230. P. 60–87.
  32. Poller U., Gladkochub D., Donskaya T. et al. Multistage magmatic and metamorphic evolution in the Southern Siberian craton: Archean and Paleoproterozoic zircon ages revealed by SHRIMP and TIMS // Precambr. Res. 2005. V. 136. P. 353–368.
  33. Puchtel I.S., Haase K.M., Hofmann A.W. et al. Petrology and geochemistry of crustally contaminated komatiitic basalts from the Vetreny Belt, southeastern Baltic Shield: evidence for an early Proterozoic mantle plume beneath rifted Archean continental lithosphere // Geochem. Cosmochem. Acta. 1997. V. 61. P. 1205–1222.
  34. Rosen O.M., Condie K.C., Natapov L.M., Nozhkin A.D. Archean and Early Proterozoic evolution of the Siberian craton: a preliminary assessment // Archean Crustal Evolution. Amsterdam: Elsevier, 1994. P. 411–459.
  35. Sandeman H.A., Hanmer S., Tella S. et al. Petrogenesis of Neoarchaean volcanic rocks of the MacQuoid supracrustal belt: a back-arc setting for the northwestern Hearne subdomain, western Churchill Province, Canada // Precambr. Res. 2006. V. 144. P. 140–165.
  36. Sandeman A., Heaman L.M., LeCheminant A.N. The Paleoproterozoic Kaminak dykes, Hearne craton, western Churchill Province, Nunavut, Canada: preliminary constraints on their age and petrogenesis // Precambr. Res. 20013. V. 232. P. 119–139.
  37. Said N., Kerrich R. Geochemistry of coexisting depleted and enriched Paringa Basalts, in the 2.7 Ga Kalgoorlie Terrane, Yilgarn Craton, Western Australia: evidence for a heterogeneous mantle plume event // Precambr. Res. 2009. V. 174. P. 287–309.
  38. Saunders A.D., Norry M.J., Tarney J. Fluid influence on the trace element compositions of subduction zone magmas // Phil. Trans. Royal Soc. London. 1991. A 335. P. 377–392.
  39. Smelov A.P., Timofeev V.F. The age of the North Asian Cratonic basement: an overview // Gondwana Res. 2007. V. 12. P. 279–288.
  40. Sotiriou P., Polat A., Windley B.F., Kusky T. Temporal variations in the incompatible trace element systematics of Archean volcanic rocks: implications for tectonic processes in the early Earth // Precamb. Res. 2022. V. 368. 106487.
  41. Straub S.M., Zellmer G.F. Volcanic arcs as archives of plate tectonic change // Gondwana Res. 2012. V. 21. P. 495–516.
  42. Tanaka T., Togashi S., Kamioko H., Amakawa H. JNdi-1: a neodymium reference in consistency with LaJolla neody-mium // Chemical Geol. 2000. V. 168. P. 279–281.
  43. Turkina O.M., Berezhnaya N.G., Lepekhina E.N., Kapitonov I.N. U-Pb (SHRIMP-II), Lu-Hf isotope and trace element geochemistry of zircons from high-grade metamorphic rocks of the Irkut terrane, Sharyzhalgay Uplift: implications for the Neoarchaean evolution of the Siberian Craton // Gondwana Res. 2012. V. 21. P. 801–817.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (781KB)
Indexing metadata
3.

Download (5MB)
Indexing metadata
4.

Download (178KB)
Indexing metadata
5.

Download (165KB)
Indexing metadata
6.

Download (748KB)
Indexing metadata
7.

Download (76KB)
Indexing metadata
8.

Download (31KB)
Indexing metadata
9.

Download (126KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 О.М. Туркина

This website uses cookies

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

About Cookies