Malyi Zadoi peridotite-gabbronorite massif: computational modeling of crystallization and evaluation of indicator geochemical parameters of parental melt

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Model calculations have been used to estimate the compositions of melts during the fractional crystallization corresponding to the formation of the Malyi Zadoi massif, which is located in the Irkut block of the Sharyzhalgai uplift in the southwest of the Siberian craton. It is shown that the gabbronorites of the massif are comagmatic to plagioperidotites and olivine gabbronorites. The obtained estimates of the composition of the model melts are used to characterize the composition of the mantle source for parental melt. Based on the obtained geochemical characteristics, it is assumed that the parental melt of the Malyi Zadoi massif was formed by the melting of an enriched source, which is confirmed by isotope data. A possible source of parental melt could be the depleted lithospheric mantle metasomatized by felsic melts from the rocks of the subducting oceanic plate.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. V. Lavrenchuk

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

Email: alavr@igm.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk

D. P. Gladkochub

Institute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

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

O. M. Turkina

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

Email: alavr@igm.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk

A. S. Mekhonoshin

Institute of Geochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

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

Ya. Yu. Shelepov

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

Author for correspondence.
Email: alavr@igm.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk

References

  1. Аникина Е.В., Малич К.Н., Белоусова Е.А. и др. U-Pb возраст и Hf-Nd-Sr изотопная систематика жильных пород Волковского массива (Средний Урал, Россия) // Геохимия. 2018. № 3. С. 209–221.
  2. https://doi.org/10.7868/S0016752518030019
  3. Арискин А.А., Бармина Г.С. Моделирование фазовых равновесий при кристаллизации базальтовых магм. М.: Наука, МАИК “Наука/Интерпериодика”, 2000. 363 с.
  4. Арискин А.А., Данюшевский Л.В., Конников Э.Г. 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.
  5. Гонгальский Б.И., Суханов М.К., Гольцман Ю.В. Sm-Nd изотопная система Чинейского анортозит-габброноритового плутона (Восточное Забайкалье) // Проблемы геологии рудных месторождений, минералогии, петрологии и геохимии. М.: ИГЕМ РАН, 2008. С. 57–60.
  6. Коптев-Дворников Е.В., Ярошевский А.А., Френкель М.Я. Кристаллизационная дифференциация интрузивного магматического расплава: Оценка реальности седиментационной модели // Геохимия. 1979. № 4. С. 488–508.
  7. Лавренчук А.В., Скляров Е.В., Изох А.Э. и др. Бирхинская вулканоплутоническая ассоциация (Ольхонский район, Западное Прибайкалье) – петрологические критерии комагматичности // Петрология. 2019. Т. 27. № 3. С. 308–326.
  8. 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.
  9. 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.
  10. Тейлор С.Р., Мак-Леннан С.М. Континентальная кора, ее состав и эволюция. М.: Мир, 1988. 384 с.
  11. 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.
  12. Туркина О.М. Вариации редкоэлементного и изотопного состава неоархейских мафических гранулитов юго-запада Сибирского кратона: следствие различных мантийных источников или коровой контаминации // Петрология. 2023. Т. 31. № 2. С. 182–201.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. Туркина О.М., Изох А.Э., Лавренчук А.В., Шелепов Я.Ю. Состав и изотопные параметры метабазальтов и габброидов Онотского гранит-зеленокаменного блока (юго-запад Сибирского кратона) как индикаторы эволюции литосферной мантии от архея к палеопротерозою // Петрология. 2022. Т. 30. № 5. С. 520–544.
  17. Туркина О.М., Сухоруков В.П., Родионов В.П. Палеопротерозойские шошонитовые мафические ассоциации Иркутного блока (Шарыжалгайский выступ, юго-запад Сибирского кратона): U-Pb возраст и условия образования циркона // Геология и геофизика. 2023. Т. 64. № 6. С. 808–822.
  18. Федотов Ж.А. Роль общей конвекции расплава в образовании скрытой расслоенности кратонных интрузивных комплексов // Петрология. 2011. Т. 19. № 2. С. 205–224.
  19. Френкель М.Я., Ярошевский А.А., Коптев-Дворников Е.В. и др. Кристаллизационный механизм формирования расслоенности пластовых интрузивов // Зап. ВМО. 1985. Ч. 114. Вып. 3. С. 257–274.
  20. Френкель М.Я., Арискин А.А., Бармина Г.С. и др. Геохимическая термометрия магматических пород – принципы метода и примеры применения // Геохимия. 1987. № 11. С. 1546–1562.
  21. Френкель М.Я., Ярошевский А.А., Арискин А.А. и др. Динамика внутрикамерной дифференциации базитовых магм. М.: Наука, 1988. 216 с.
  22. Antoshechkina P.M., Asimow P.D. АlphaMELTS3.0 and the MAGMA website: educational and research tools for studying the petrology and geochemistry of plate margins // Abstract ED41B-0644 presented at 2010 Fall Meeting, AGU, San Francisco, Calif., 2010. 13–17 Dec. https://www.researchgate.net/publication/252442540
  23. Asimow P.D., Ghiorso M.S. Algorithmic modifications extending MELTS to calculate subsolidus phase relations // Amer. Mineral. 1998. V. 83. P. 1127–1131.
  24. Boynton W.V. Cosmochemistry of the Rare Earth Elements. Meteorite studies // Rare Earth Element Geochemistry, Amsterdam. 1984. P. 63–114.
  25. Ciborowski T.J.R., Kerr A.C., McDonald I. et al. The geochemistry and petrogenesis of the Paleoproterozoic du Chef dyke swarm, Québec, Canada // Precambr. Res. 2014. V. 250. P. 151–166.
  26. Ciborowski T.J.R., Minifie M.J., Kerr A.C. et al. A mantle plume origin for the Palaeoproterozoic Circum-Superior Large Igneous Province // Precambr. Res. 2017. V. 294. P. 189–213.
  27. Danyushevsky L.V., Plechov P. Petrolog3: Integrated software for modeling crystallization processes // Geochem. Geophys. Geosyst. 2011. V. 12. Q07021, doi: 10.1029/2011GC003516.
  28. 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.
  29. Ghiorso M.S., Sack R.O. Chemical Mass Transfer in Magmatic Processes. IV. A revised and internally consistent thermodynamic model for the interpolation and extrapolation of liquid-solid equilibria in magmatic systems at elevated temperatures and pressures // Contrib. Mineral. Petrol. 1995. V. 119. P. 197–212.
  30. Herzberg C., Asimow P.D. PRIMELT3 MEGA.XLSM software for primary magma calculation: peridotite primary magma MgO contents from the liquidus to the solidus // Geochem. Geophys. Geosyst. 2015. V. 16. № 2. Р. 563–578.
  31. Hofmann A.W. Mantle geochemistry: the message from oceanic volcanism // Nature. 1997. V. 385. Р. 219–229.
  32. 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. doi: 10.1016/j.precamres.2014.05.026
  33. Jacobsen S.B., Wasserburg G.J. Sm-Nd evolution of chondrites and achondrites // Earth Planet. Sci. Lett. 1984. V. 67. P. 137–150.
  34. Jourdan F., Bertrand H., Scharer 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. 46. P. 1043–1077. doi: 10.1093/petrology/egm010
  35. Mallik A., Dasgupta R. Reaction between MORB-eclogite derived melts and fertile peridotite and generation of ocean island basalts // Earth Planet. Sci. Lett. 2012. V. 329. doi: 10.1016/j.epsl.2012.02.007
  36. Martin H. Archean grey gneisses and the genesis of continental crust // Archean Crustal Evolution. Amsterdam: Elsevier, 1994. P. 205–259.
  37. 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.
  38. 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.
  39. Rapp R.P., Norman M.D., Laporte D., Yaxley G.M. Continent Formation in the Archean and chemical evolution of the cratonic lithosphere: melt-rock reaction experiments at 3–4 GPa and petrogenesis of Archean Mg-diorites (sanukitoids) // J. Petrol. 2008. V. 51. № 6. P. 1237–1266.
  40. 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.
  41. Spandler C., Yaxley G., Green D.H., Scott D. Experimental phase and melting relations of metapelites in the upper mantle: implications for petrogenesis of intraplate magmas // Contrib. Mineral. Petrol. 2010. V. 160. P. 569–589.
  42. Straub S.M., Zellmer G.F. Volcanic arcs as archives of plate tectonic change // Gondwana Res. 2012. V. 21. P. 495–516.
  43. Sun S.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 Ocean Basins. Geol. Soc. Spec. Publ. 1989. V. 42. P. 313–346.
  44. 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.
  45. Yaxley G.M. Experimental study of the phase and melting relations of homogeneous basalt + peridotite mixtures and implications for the petrogenesis of flood basalts // Contrib. Mineral. Petrol. 2000. V. 139. P. 326–338.
  46. Yaxley G.M., Green D.H. Reactions between eclogite and peridotite: Mantle refertilisation by subduction of oceanic crust // Schweiz Mineral. Petrograph. Mitt. 1998. V. 78. P. 243–255.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Geological scheme of the eastern part of the Sharyzhalgay ledge. 1 - Paleoproterozoic deposits; 2 - Mesoarchean metasedimentary-volcanogenic deposits of the Onotsky ZKP; 3 - Archean granulite-gneiss complexes of the Kitoysky (a) and Irkutsky (b) blocks; 4 - Paleoproterozoic granitoids; 5 - undifferentiated Archean-Paleoproterozoic granitoids; 6 - Archean granitoids; 7 - tectonic boundaries: (a) - faults, (b) - thrusts; 8 – geological boundaries (a), unconformity boundaries (b), 9 – manifestations of Paleoproterozoic mafic magmatism: 1 – Poludenny massif, 2 – mafic inclusions and a dike in the contact zone of the Toisuk massif, 3 – Kitoi dike swarm, 4 – Malozadoisky massif. Inset (a). Main tectonic elements of the Siberian craton. 1 – superterranes, 2 – Paleoproterozoic orogenic belts, 3 – basement protrusions: Al – Aldansky, St – Stanovoy, O – Oleneksky, An – Anabarsky, K – Kansky, S – Sayansky, Sh – Sharyzhalgaisky, B – Baikalsky, T – Tonodsky, after (Donskaya, 2020) with modifications. Inset (b). Geological scheme of the Malozadoisky massif. 1 – two-pyroxene schists, 2 – gneisses, 3 – plagioperidotites and gabbroids of the Malozadoisky massif.

Download (789KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Variation diagrams of petrogenic elements for rocks of the Malozadoisky massif. 1 – plagioperidotites, 2 – olivine gabbronorites, 3 – gabbronorites.

Download (244KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Distribution of rare elements in the rocks of the Malozadoisky massif. For legend, see Fig. 2.

Download (252KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Rare earth (normalized according to (Boynton, 1984)) and multi-element (normalized according to (Sun, McDonough, 1989)) spectra of rocks of the Malozadoisky massif.

Download (325KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Geochemical thermometry of the rocks of the Malozadoysky massif. The lines show the trajectories of equilibrium crystallization of melts corresponding to the composition of the analyzed samples: 1 - plagioperidotites and olivine gabbronorites; 2 - gabbronorites; 3 - trend of fractional crystallization of melt F1 in the chamber; horizontal dotted lines connect the points of maximum convergence of the trajectories of the evolution of melts of plagioperidotites and olivine gabbronorites (T = 1177 °C) and gabbronorites (T = 1022 °C). Letters A–D designate model positions corresponding to those in Tables 3 and 4, for explanations see the text.

Download (511KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Contents of rare elements in monzogabbronorites of the Malozadoisky massif and their model melts. 1 – bulk composition of monzogabbronorites; 2 – equilibrium melts of monzogabbronorite cumulates at T = 1022°C; 3 – chamber melt at T = 1022°C.

Download (135KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Relationships of Mg# and indicator ratios in rocks (cumulates) of the Malozadoisky massif and coexisting melts. 1 and 2 – plagioperidotites and olivine gabbronorites (1) and melts in equilibrium with them (2), 3 – average composition of the equilibrium melt at temperature T = 1177°C; 4 and 5 – gabbronorites (4) and melts in equilibrium with them (5), 6 – composition of the melt in the chamber at temperature T = 1022°C. The lines connect the compositions of the rocks and model melts in equilibrium with them.

Download (119KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Multi-element spectra of the depleted mantle source (DM) and melts produced from it (DMCl0.1 and DMCl0.2 at a melting degree of 10 and 20%) in comparison with olivine gabbronorites of the Malozadoisky massif.

Download (105KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Multi-element spectra of model melts from enriched mantle peridotites formed by interaction with acid melt from basalts (a) and terrigenous sediments (b) in comparison with the inferred parent melts for olivine gabbronorites (samples 89-385*, 89-386*, 89-387*) and the model melt in equilibrium with peridotites/olivine gabbronorites (ML).

Download (224KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. εNd–age diagram for the Early Precambrian mafic associations of the southern flank of the Siberian Craton. Irkutsk block of the Sharyzhalgay uplift: 1 – Malozadoisky massif, 2 – gabbro-dolerites of dike bodies (Turkina, Izokh, 2023), 3 – Neoarchean mafic granulites (Turkina, 2023); Aldan Shield: 4 – Chineisky massif (Gongalsky et al., 2008), 5 – magnesian carbonatites of the Seligdar massif (Doroshkevich et al., 2018). The dashed lines outline the region of evolution of the Nd isotopic composition of the enriched mantle source (see text for explanations). For comparison, the Neoproterozoic ultramafic-mafic rocks of the Dovyren massif are shown (blue rectangle) (Ariskin et al., 2015).

Download (93KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

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

About Cookies