Early Paleozoic Tectonothermal Evolution of the Khan-Khukhay Metamorphic Complex (Northern Mongolia)

O. P. Polyansky; Полянский О. П.; A. Yu. Selyatitskii; Селятицкий А. Ю.; S. V. Zinoviev; Зиновьев С. В.; A. V. Babichev; Бабичев А. В.

doi:10.31857/S0869590323050047

Early Paleozoic Tectonothermal Evolution of the Khan-Khukhay Metamorphic Complex (Northern Mongolia)

Authors: Polyansky O.P.¹, Selyatitskii A.Y.¹, Zinoviev S.V.¹, Babichev A.V.¹
Affiliations:
1. V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Issue: Vol 31, No 5 (2023)
Pages: 510-530
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0869-5903/article/view/141016
DOI: https://doi.org/10.31857/S0869590323050047
EDN: https://elibrary.ru/CCKNEN
ID: 141016

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

A reconstruction of metamorphic stages of Moren and Erzin metamorphic Complexes in the Khan-Khuhay block of Nothern Mongolia presented in the paper. Based on it a general geodynamic history of Sangilen terrain of Tuva-Mongolia Massif discussed. Reconstructed “clock-wise” P-T trend demonstrated two stage of metamorphism, the first of which is due to collision metamorphism with P-T parameters of 9 kbar, 740°C, the second one is due to regional magmatic episode with P-T parameters of 6-7 kbar, 860–880°C. Geochemical and petrological peculiarities of rocks in the Khan-Khuhay block demonstrates resemblance with metamorphic block of Western Sangilen in South-East Tuva. In the first time quartz monzodiorite intrusive bodies founded within Khan-Khuhay block. Their geochemical peculiarities are similar to Ordovician gabbro-monzodiorite intrusives of Western Sangilen. Quartz monzodiorite intrusives of Khan-Khuhay are likely a small apophysis of a deep-crust intermediate magma chamber and can present probable thermal source of metamorphic stage M2 in the Khan-Khuhay block. Numerical thermo-mechanical model of metamorphism in the Khan-Khuhay block explain heating in the thickening crust during collision due to higher radiogenic heat source of 1.52 μW/m³. Using computer modeling was show that the P-T parameters of second metamorphic stage can realize only by means of magmatic heat from monzodiorite intrusion. Reconstruction of P-T parameters using mineral thermobarometry, similarity of geochemical characteristics, as well as the results of thermomechanical modeling allow us to conclude that the Erzin and Moren complexes have undergone a joint tectono-metamorphic evolution.

Keywords

metamorphism, thermobarometry, metamorphic complex, Khan-Khukhay, P-T trend, numerical modeling, heat source, geochemistry, Sangilen

References

Азимов П.Я., Козаков И.К., Глебовицкий В.А. Раннепалеозойский сверхвысокотемпературный низкобарный (UHT/LP) метаморфизм в Сангиленском блоке Тувино-Монгольского массива // Докл. АН. 2018. Т. 479. № 2. С. 158–162.
Аранович Л.Я., Косякова Н.А., Перчук А.Л., Федькин В.В. Термальные события в литосфере: количественные оценки на основе геотермобарометрии // Экспериментальные проблемы геологии. М.: Наука, 1994. С. 294–323.
Владимиров В.Г., Владимиров А.Г., Гибшер А.С. и др. Модель тектонометаморфической эволюции Сангилена (ЮВ Тува, Центральная Азия) как отражение раннекаледонского аккреционно-коллизионного тектогенеза // Докл. АН. 2005. Т. 405. № 1. С. 82–88.
Владимиров В.Г., Кармышева И.В., Яковлев В.А. и др. Термохронология минглинг-даек Западного Сангилена (ЮВ Тува): свидетельства развала коллизионной системы на Северо-Западной окраине Тувино-Монгольского массива // Геодинамика и тектонофизика. 2017. Т. 8. № 2. С. 283–310.
Геологическая карта Республики Тыва (СФО). По материалам Госгеолкарта-1000 и Госгеолкарта-200 (Отв. исп. Струнин Б.М). 2002.
Гибшер А.С., Гибшер А.А., Мальковец В.Г. и др. Природа и возраст высокобарического (кианитового) метаморфизма Западного Сангилена (Юго-Восточная Тува) // Геодинамические обстановки и термодинамические условия регионального метаморфизма в докембрии и фанерозое. Материалы V Российской конференция по проблемам геологии и геодинамики докембрия, Санкт-Петербург. СПб: ИГГД РАН, 2017. С. 52–53.
Изох А.Э., Каргополов С.А., Шелепаев Р.А. и др. Базитовый магматизм кембро-ордовикского этапа Алтае-Саянской складчатой области и связь с ним метаморфизма высоких температур и низких давлений // Актуальные вопросы геологии и минерагении юга Сибири. Материалы научно-практической конференции. Новосибирск: Изд-во ИГиЛ СО РАН, 2001. С. 68–72.
Ильин А.В. Геологическое развитие Южной Сибири и Монголии в позднем докембрии–кембрии. М.: Наука, 1982. 114 с.
Каргополов С.А. Метаморфизм мугурского зонального комплекса (Юго-Восточная Тува) // Геология и геофизика. 1991. Т. 32. № 3. С. 109–119.
Каргополов С.А. Малоглубинные гранулиты Западного Сантилена (Юго-Восточная Тува). Дисс. … канд. геол.-мин. наук. Новосибирск: ОИГГМ СО РАН, 1997. 272 с.
Кармышева И.В., Владимиров В.Г., Шелепаев Р.А. и др. Баянкольская габбро-гранитная ассоциация: состав, возрастные рубежи, тектонические и геодинамические обстановки (Западный Сангилен, Юго-Восточная Тува) // Геология и геофизика. 2019. Т. 60. № 7. С. 916–933.
Козаков И.К., Азимов П.Я. Геодинамическая обстановка формирования гранулитов Сангиленского блока Тувино-Монгольского террейна (Центрально-Азиатский складчатый пояс) // Петрология. 2017. Т. 25. № 6. С. 635–643.
Козаков И.К., Котов А.Б., Сальникова Е.Б. и др. Возраст метаморфизма кристаллических комплексов Тувино-Монгольского массива: результаты U-Pb геохронологических исследований гранитоидов // Петрология. 1999. Т. 7. № 2. С. 173–189.
Козаков И. К., Сальникова Е. Б., Анисимова И. В. и др. Тектоническая позиция метаморфических поясов позднего неопротерозоя–раннего палеозоя в структуре Тувино-Монгольского террейна Центрально-Азиатского складчатого пояса // Петрология. 2019. Т. 27. № 1. С. 47–64.
Кузьмичев А.Б. Тектоническая история Тувино-Монгольского массива: раннебайкальский, позднебайкальский и раннекаледонский этапы. М.: Пробел-2000, 2004. 192 с.
Митрофанов Ф.П., Козаков И.К., Палей И.П. Докембрий Западной Монголии и Южной Тувы. Л.: Наука, 1981. 153 с.
Монгуш А.А. Вендские внутриплитные офиолиты и островодужные магматические комплексы Тувы: тектоническая позиция, геодинамическая интерпретация // Ультрабазит-базитовые комплексы складчатых областей и их минерагения. Материалы IV Международной конференции и III Молодежной школы-семинара. Улан-Уде: Изд-во ГИ СО РАН, 2012. С. 104–107.
Перчук Л.Л., Лаврентьева И.В., Аранович Л.Я., Подлесский К.К. Биотит-гранат-кордиеритовые равновесия и эволюция метаморфизма. М.: Наука, 1983. 196 с.
Полянский О.П., Каргополов С.А., Изох А.Э. и др. Роль магматических источников тепла при формировании регионального и контактовых метаморфических ареалов Западного Сангилена (Тува) // Геодинамика и тектонофизика. 2019а. Т. 10. № 2. С. 309–323.
Полянский О.П., Каргополов С.А., Бабичев А.В., Ревердатто В.В. Высокоградиентный метаморфизм и анатексис в Телецко-Чулышманском поясе (Горный Алтай): новые данные о возрасте, оценка Р-Т параметров и термотектоническая модель // Геология и геофизика. 2019б. Т. 60. № 12. С. 1775–1796.
Полянский О.П., Изох А.Э., Семенов А.Н. и др. Термомеханическое моделирование формирования многокамерных интрузий для выявления связи плутонометаморфизма с габбро-диоритовыми массивами Западного Сангилена, Тува, Россия // Геотектоника. 2021. № 1. С. 1–21.
Селятицкий А.Ю., Полянский О.П., Шелепаев Р.А. Глубинный контактово-метаморфический ореол Баянкольского габбро-монцодиоритового массива – индикатор нижнекоровых базитовых камер (Западный Сангилен, Ю-В Тува) // Геология и геофизика. 2021. Т. 62. № 9. С. 1204–1226.
Скляров Е.В., Гладкочуб Д.П., Донская Т.В. и др. Метаморфизм и тектоника. М.: Изд-во Интермет Инжиниринг, 2001. 216 с.
Сухоруков В.П., Полянский О.П., Крылов А.А., Зиновьев С.В. Реконструкция Р-Т тренда метаморфизма глиноземистых сланцев Цогтского блока (Монгольский Алтай) на основании зональности граната // Петрология. 2016. Т. 24. № 4. С. 441–464.
Травин А.В. Термохронология раннепалеозойских коллизионных, субдукционно-коллизионных структур Центральной Азии // Геология и геофизика. 2016. Т. 57. № 3. С. 553–574.
Федоровский В.С., Владимиров А.Г., Хаин Е.В. и др. Тектоника, метаморфизм и магматизм коллизионных зон каледонид Центральной Азии // Геотектоника. 1995. № 3. С. 3–22.
Шелепаев Р.А., Егорова В.В., Изох А.Э., Зельтман Р. Коллизионный базитовый магматизм складчатого обрамления юга Сибири (Западный Сангилен, Юго-Восточная Тува) // Геология и геофизика. 2018. Т. 59. № 5. С. 653–672.
Ярмолюк В.В., Дегтярев К.Е. Докембрийские террейны Центрально-Азиатского орогенного пояса: сравнительная характеристика, типизация и особенности тектонической эволюции // Геотектоника. 2019. № 1. С. 3–43.
Badarch G., Cunningham W.D., Windley B.F. A new terrane subdivision for Mongolia: implications for the Fanerozoic crustal growth of Central Asia // J. Asian Earth Sci. 2002. V. 21. P. 87–110.
Bea F. The sources of energy for crustal melting and the geochemistry of heat-producing elements // Lithos. 2012. V.153. P. 278–291.
Boynton W.V. Cosmochemistry of the rare earth elements: meteorite studies // Rare earth elements cosmochemistry. Ed. P. Henderson. Amsterdam: Elsevier, 1984. P. 63–114.
Carter N.L., Tsenn M.C. Flow properties of continental lithosphere // Tectonophysics. 1987. V. 136. P. 27–63.
Cruden A.R., Weinberg R.F. Mechanisms of magma transport and storage in the lower and middle crust—magma segregation, ascent and emplacement // Volcanic and Igneous Plumbing Systems. Amsterdam: Elsevier, 2018. P. 13–53.
Egorova V.V., Volkova N.I., Shelepaev R.A., Izokh A.E. The lithosphere beneath the Sangilen Plateau, Siberia: evidence from peridotite, pyroxenite and gabbro xenoliths from alkaline basalts // Mineral. Petrol. 2006. V. 88. P. 419–441.
England P.C., Thompson A.B. Pressure temperature time paths of regional metamorphism 1. Heat transfer during the evolution of regions of thickened continental crust // J. Petrol. 1984. V. 25. P. 894–928.
Jaupart C., Mareschal J.-C. Constraints on crustal heat production from heat flow data // The crust (Ed. R.L. Rudnick) 2003. V. 3. Treatise in Geochemistry (Eds. H.D. Holland and K.K. Turekian). Oxford: Elsevier-Pergamon, P. 65–84. https://doi.org/10.1016/B0-08-043751-6/03017-6
Johnson M.R.W., Harley S.L. Orogenesis: the making of mountains. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2012. 388 p.
Hacker B.R., Kelemen P.B., Behn M. Differentiation of the continental crust by relamination // Earth Planet. Sci. Lett. 2011. V. 307. P. 501–516.
Holland T.J.B., Powell R. An internally consistentthermodynamic data set for phases of petrological interest // J. Metamorph. Geol. 1998. V. 16. P. 309–343.
Holcombe R.J. Mapping and structural geology in mineral exploration: Where theory hits the fan. HCOV Global, 2016. 233 p.
Karato S., Wu P. Rheology of the upper mantle: a synthesis // Science. 1993. V. 260. P. 771–778.
Kelsey D.E., Hand M. On ultrahigh temperature crustal metamorphism: Phase equilibria, trace element thermometry, bulk composition, heat sources, timescales and tectonic settings // Geosci. Frontiers. 2015. V. 6. P. 311–356.
Kröner A., Lehmann J., Schulmann K. et al. Lithostratigraphic and geochronological constraints on the evolution of the Central Asian Orogenic Belt in SW Mongolia: Early Paleozoic rifting followed by late Paleozoic accretion // Amer. J. Sci. 2010. V. 310. P. 523–574.
Powell R., Holland T.J.B, Worley B. Calculating phase diagrams involving solid solutions via non-linear equations, with examples using THERMOCALC // J. Metamorph. Geol. 1998. V. 16. P. 577–588.
Reverdatto V.V., Likhanov I.I., Polyansky O.P. et al. The Nature and Models of Metamorphism. Cham: Springer, 2019. 330 p.
Sizova E., Gerya T., Brown M. Contrasting styles of Phanerozoic and Precambrian continental collision // Gondwana Res. 2014. V. 25. P. 522–545.
Salnikova E.B., Kozakov I.K., Kotov A.B. et al. Age of Palaeozoic granites and metamorphism in the Tuvino-Mongolian Massif of the Central Asian Mobile Belt: loss of Precambrian microcontinent // Precamb. Res. 2001. V. 110. P. 143–164.
Stüwe K. Geodynamics of the Lithosphere. Berlin: Springer, 2007. 493 p.
Sun S.S., McDonough W.F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes // Magmatism in the Ocean Basins. Eds. A.D. Saunders, M.J. Norry. Geol. Soc. Spec. Publ. 1989. V. 42. P. 313–345.
Whitney D.L., Evans B.W. Abbreviations for names of rock-forming minerals // Amer. Mineral. 2010. V. 95. № 1. P. 185–187.