Russian Geology and Geophysics

Các đá xâm nhập muộn Paleozoic, chủ yếu là granitoid, chiếm tới hơn 200,000 km2 tại lãnh thổ Transbaikalia. Phương pháp xác định tuổi zircon U-Pb đồng vị (khoảng 30 mẫu từ các pluton điển hình nhất) cho thấy chu kỳ magmatic muộn Paleozoic kéo dài từ 55 đến 60 triệu năm, từ khoảng 330 Ma đến 275 Ma. Trong khoảng thời gian này, năm bộ xâm nhập đã được hình thành trong toàn khu vực. Bộ xâm nhập sớm nhất là các granite kiềm cao calc-alkaline (330–310 Ma) tạo thành batholith Angara–Vitim có diện tích 150,000 km2. Ở các giai đoạn sau, sự hình thành những bộ xâm nhập hóa học khác nhau đã xảy ra với sự chồng chéo về thời gian hoàn toàn hoặc một phần. Trong khoảng thời gian 305–285 Ma, hai bộ đã hình thành: granitoid calc-alkaline với hàm lượng SiO2 giảm (bộ Chivyrkui của monzonite và granodiorite) và bộ Zaza bao gồm granite và syenite chuyển tiếp từ calc-alkaline sang kiềm. Ở giai đoạn tiếp theo, trong khoảng 285–278 Ma, bộ Low Selenga shoshonitic được tạo thành từ monzonite, syenite và microgabbro giàu kiềm; bộ này đã được tiếp theo bởi sự hình thành của bộ Early Kunalei gồm syenite và granite kiềm (feldspar kiềm), với sự chồng chéo thời gian đáng kể (281–276 Ma). Sự hình thành đồng thời của các bộ xâm nhập khác nhau cho thấy quá trình tạo magma diễn ra đồng thời ở các độ sâu khác nhau và, có thể, từ các nguồn khác nhau. Mặc dù chuỗi hình thành phức tạp của các bộ xâm nhập muộn Paleozoic, một xu hướng chung từ granitoid calc-alkaline kiềm cao đến granitoid kiềm và peralkaline là rất rõ ràng. Dữ liệu mới về tuổi zircon U-Pb đồng vị hỗ trợ dữ liệu đồng vị Rb-Sr cho thấy rằng sự hình thành khối lượng lớn syenite và granite kiềm (feldspar kiềm) đã xảy ra trong hai giai đoạn riêng biệt: Đê thứ nhất thời kỳ Permian sớm (281–278 Ma) và cuối Trias (230–210 Ma). Khối lượng lớn và thành phần cụ thể của các granitoid cho thấy rằng hoạt động magmatism muộn Paleozoic ở Transbaikalia xảy ra liên tiếp trong môi trường sau va chạm (330–310 Ma), chuyển tiếp (305–285 Ma) và trong mảng kiến tạo (285–275 Ma).

Các nghiên cứu địa hóa và địa thời học về các loại granitoid chính của batholith Angara-Vitim (AVB) và granit của phức hợp Zaza ở tây Transbaikalia đã được tiến hành. Phân tích niên đại U-Pb (SHRIMP-II) và Rb-Sr cung cấp tuổi của các granit-gneiss tự sinh của khối Zelenaya Griva (325.3±2.8 Ma), syenit thạch anh của pluton Khangintui (302.3±3.7 Ma) và leucogranite xâm nhập của phức hợp Zaza (294.4±1 Ma), monzonit của khối Khasurta (283.7±5.3 Ma), và monzonit thạch anh của khối Romanovka (278.5±2.4 Ma). Các dữ liệu niên đại U-Pb và Rb-Sr cho thấy sự hình thành magmatism Đệ Tam Cổ Sinh muộn ở tây Transbaikalia diễn ra qua hai giai đoạn: (1) 340–320 Ma, khi mà những granit mesocratic chủ yếu của phức hợp Barguzin, bao gồm cả granit tự sinh, hình thành và (2) 310–270 Ma, khi mà phần lớn granitoid AVB hình thành. Chúng tôi gợi ý rằng ở giai đoạn đầu, granit peraluminous dưới lớp vỏ đã hình thành trong bối cảnh động lực va chạm. Ở giai đoạn muộn (chủ yếu), quá trình magmatism xảy ra trong bối cảnh kéo dài sau orogenic và được đi kèm bởi sự hình thành của một số loại geochemical granitoid: (1) granit mesocratic xâm nhập điển hình của phức hợp Barguzin, tương tự như những loại được hình thành ở giai đoạn đầu; (2) granitoid melanocratic (monzonitoids, syenit thạch anh), đã được định tuổi trước đó ở giai đoạn đầu của sự phát triển AVB; (3) granit leucocratic trung bình-kiềm (peraluminous) của phức hợp xâm nhập Zaza; và (4) một số xâm nhập granit kiềm và syenit đi kèm với đá mafic kiềm. Sự đa dạng của các granitoid được hình thành ở giai đoạn muộn của magmatism là do thành phần không đồng nhất của protoliths dưới lớp vỏ và các mức độ khác nhau của sự tham gia của manti-magma trong quá trình hình thành chúng.

Chúng tôi trình bày dữ liệu U–Pb (LA-ICP-MS) về zircon trầm tích từ các đá terrigenous Late Precambrian của Nhóm Baikal và Formation Ushakovka, phía tây Cisbaikalia (sườn phía nam của craton Siberian). Nguồn gốc của vật liệu clastic cho các trầm tích đã được nghiên cứu được giải thích. Nhóm zircon trầm tích trẻ nhất từ nhóm Baikal trên cùng và hình thành Ushakovka cho phép gán các trầm tích này vào thời kỳ Vendian. Việc thiếu zircon trầm tích Mesoproterozoic trong hầu hết các mẫu được phân tích củng cố giả thuyết về một khoảng thời gian toàn cầu (~1 Gyr) gián đoạn trong hoạt động nội sinh trong sườn phía nam của craton Siberian trong suốt thời kỳ Precambrian. Sự phong phú của zircon Neoproterozoic trong các đá cát từ các tầng trên cùng của Nhóm Baikal và Hình thành Ushakovka có thể là do sự co lại của bể đại dương do sự hội tụ của craton với các microcontinents và vòng cung hải đảo trong đại dương Paleoas.

Dữ liệu mới đây chứng minh về các quá trình kiến tạo - biến chất của Paleozoic muộn tại đoạn Tây Transbaikalian trong đới uốn Trung Á đã được thu thập. Việc xác định niên đại zircon (SHRIMP-II) của các đá biến chất cao cho thấy các quá trình này diễn ra vào khoảng 295.3 ± 1.6 triệu năm trước. Dựa trên những dữ liệu này, niên đại Paleozoic muộn của granitoid thuộc pluton khu vực Angara–Vitim (340–280 triệu năm trước) và một số phức hệ dike ở Transbaikalia (300–280 triệu năm trước), cùng với niên đại Paleozoic muộn của một số lớp đá cacbonat-terrigenous được xác định trước đó là Paleozoic sớm, chúng tôi đã làm rõ vai trò quan trọng của kiến tạo Hercynian trong việc củng cố vỏ lục địa khu vực. Chúng tôi cũng đã chỉ ra rằng các sự kiện nội sinh Paleozoic muộn và các quá trình trầm tích đi kèm có liên quan đến các điều kiện địa động lực học do sự thay đổi của các tham số liên quan đến sự lún của bản lề đại dương Mongol-Okhotsk dưới lục địa Siberia. Sự thay đổi trong độ dốc và tốc độ lún của bản lề đã dẫn đến điều kiện A-subduction ở phần xa của bản lề siêu lún, điều này dẫn đến sự hình thành orogen va chạm - tích tụ và pluton khu vực Angara-Vitim.

Phát hiện "không ngờ" (thuật ngữ từ H.G.F. Winkler, 1974) về sự tồn tại của các tạp chất giàu CO2 trong các loại đá granulit đã khởi xướng một cuộc tranh luận mà sau hơn 35 năm vẫn là một vấn đề quan trọng trong môn địa chất biến chất. Dữ liệu từ các thí nghiệm và đồng vị ổn định đã dẫn đến việc hình thành mô hình “thiếu fluid”, đối lập với giả thuyết “có sự hỗ trợ của fluid”, được đưa ra từ chứng cứ về sự có mặt của fluid. Ngoài CO2, các loại fluid khác cũng được phát hiện là có tầm quan trọng trong những loại đá này, đặc biệt là các dung dịch nước tinh khiết cô đặc (nước muối), cũng có khả năng đồng tồn tại với các tập hợp khoáng sản granulit ở áp suất và nhiệt độ cao. Nước muối cũng xuất hiện trong các tạp chất hoặc, ấn tượng hơn, đã để lại dấu vết của chúng trong những ảnh hưởng biến chất qui mô lớn, đặc trưng cho một số khu vực độ sâu cao: ví dụ, các vân K-feldspar giữa các hạt và sự tách biệt quartz (myrmekites), quá trình biến chất cacbonat dọc theo các vùng cắt ngang qui mô km (Na Uy, Ấn Độ), “charnockites khởi đầu” (Ấn Độ, Sri Lanka, Scandinavia), các loại granulit rất oxy hóa có nguồn gốc từ thời kỳ Archean. Tất cả những bằng chứng ấn tượng này cho thấy rằng lượng fluid trong lớp vỏ sâu, dưới điều kiện biến chất cực điểm, thực sự rất lớn, quan trọng đến mức không thể chỉ là nguồn gốc địa phương. Do đó, ngoại trừ những phần còn lại có trong các tạp chất, các fluid này đã rời khỏi hệ thống đá trong quá trình nâng lên sau biến chất.

Các phần còn lại của fluid giống hệt như những fluid tồn tại trong các loại đá granulit ở lớp vỏ sâu cũng được tìm thấy trong các khoáng chất của lớp mang, bao gồm cả kim cương. Nguồn fluid chủ yếu từ lớp mang liên quan đến các giai đoạn cuối của quá trình nóng chảy: những phát thải magmatic muộn từ các chất nóng chảy bazan kiềm, các fluid nước có khả năng biến chất cacbonat phát sinh từ các đá carbonatit igneous. Ngay cả khi việc hình thành một số fluid từ sự nóng chảy của vỏ có thể không bị loại trừ, hầu hết các fluid granulit từ lớp vỏ dưới có cùng nguồn gốc. Chúng được chuyển từ lớp mang vào lớp vỏ qua các mạch xâm nhập đồng biến chất, cũng có trách nhiệm cho gradient nhiệt cao đặc trưng của granulit, đặc biệt là các loại HT hoặc UHT. Chúng chủ yếu được tìm thấy trong thời kỳ Tiền Cambri, phát sinh trong một số khoảng thời gian nhỏ: ví dụ, khoảng 500, 1000, 1800, 2500 triệu năm trước. Các sự kiện hình thành granulit HT xảy ra ở quy mô toàn cầu trong các siêu lục địa hoặc siêu craton, hoặc vào cuối quá trình hợp nhất, hoặc ngay trước khi phá vỡ. Chúng cung cấp một cơ chế cho sự tích tụ theo chiều dọc của tấm lục địa, bổ sung cho cách tích tụ theo chiều ngang cổ điển hơn ở trên các vùng cắt ngang tại các ranh giới hội tụ.

Sự phát triển của magmatism granitoid cuối Paleozoic ở Transbaikalia cho thấy xu hướng chung là gia tăng độ kiềm của các phức hợp xâm nhập hình thành liên tiếp: từ granit calc-kiềm cao K của phức hợp Barguzin (batholith Angara–Vitim) ở giai đoạn đầu, qua granit chuyển tiếp từ calc-kiềm sang kiềm và syenite thạch anh (phức hợp Zaza) ở giai đoạn trung gian đến các granitoid kiềm vượt (phức hợp Kunalei đầu) ở giai đoạn cuối. Xu hướng tiến hóa này bị phức tạp bởi sự phát triển đồng bộ của các phức hợp granitoid với các tập hợp và thành phần hóa học khác nhau của đá. Sự thay đổi thành phần đi kèm với sự giảm quy mô phân bố magmatism granitoid theo thời gian. Các protolith metaterrigenous trong vỏ, có thể có thành phần và tuổi khác nhau, là nguồn gốc của các granitoid của batholith Angara–Vitim. Thành phần đồng vị của tất cả các phức hợp granitoid sau đó chỉ ra nguồn gốc hỗn hợp từ manti và vỏ. Các cơ chế hình thành granitoid là khác nhau. Một số granitoid hình thành thông qua việc trộn lẫn magma vỏ và manti; những granitoid khác xuất phát từ sự kết tinh phân đoạn của các dung dịch hòa tan hỗn hợp; và phần còn lại có nguồn gốc từ sự kết tinh phân đoạn của các sản phẩm từ manti hoặc sự nóng chảy của các nguồn metabasic với đóng góp khác nhau nhưng không đáng kể từ các protolith vỏ. Các xâm nhập cơ bản synplutonic, các diệp kết hợp và các tạp chất mafic, đặc trưng cho các granitoid sau Barguzin, là bằng chứng địa chất trực tiếp cho sự hiện diện đồng bộ của magmatism vỏ và manti. Bối cảnh địa động lực của magmatism cuối Paleozoic ở khu vực gập ghềnh Baikal vẫn đang gây tranh cãi. Ba mô hình khả thi được đề xuất: (1) tác động của cột manti, (2) lề lục địa năng động, và (3) rift sau va chạm. Mô hình sau đồng nhất với việc không có đá mafic trong cấu trúc batholith Angara–Vitim và tuổi của các đá kiềm vượt của tỉnh Vitim sau Barguzin.

Một mẫu xenolith độc đáo của eclogite, có kích thước 23×17×11 cm và trọng lượng 8 kg, đã được tìm thấy trong ống kimberlite Udachnaya. Một trăm hai mươi bốn tinh thể kim cương được thu hồi từ mẫu này đã được phân tích bằng một số phương pháp. Các viên kim cương khác nhau về hình thái, cấu trúc bên trong, màu sắc, kích thước, cũng như thành phần của các khuyết tật và tạp chất. Xenolith chứa các viên kim cương có hình thức octahedral và cubooctahedral. Trong ánh sáng cathodoluminescence, các tinh thể hình khối octahedral có một lõi phát sáng sáng với các vùng tăng trưởng có hình khối octahedral và một vành mờ sáng. Trong lõi của các tinh thể này, tạp chất N chủ yếu xuất hiện dưới dạng B1 (30 đến 60%). Trong khi đó, N ở vành ngoài chủ yếu xuất hiện ở dạng A. Các tinh thể cubooctahedral cho thấy sự phát sáng yếu. Hàm lượng nitơ và mức độ tổng hợp của nó gần giống như ở vành ngoài của các tinh thể octahedral. Sự khác biệt về hình thái và thành phần tạp chất của kim cương từ xenolith có thể được giải thích bằng việc chúng hình thành qua hai giai đoạn. Ở giai đoạn đầu tiên, các viên kim cương hình thành với cấu trúc lõi hình khối. Sau một thời gian lâu gián đoạn, ở giai đoạn thứ hai của quá trình hình thành kim cương, các tinh thể có hình thức cubooctahedral xuất hiện và các tinh thể hình khối octahedral đã được phát triển thêm. Sự biến động rộng về hàm lượng nitơ trong các tinh thể xenolith cho phép ước tính động học của nitơ tổng hợp. Dữ liệu thu được cho thấy rằng việc tổng hợp các trung tâm A thành các trung tâm B1 trong các viên kim cương được mô tả bởi một phản ứng động học có bậc 1.5.

Hơn 1000 viên pyrope từ các ống kimberlite Muza (J3) và Ivushka (D–C) (thuộc nền tảng Siberia đông bắc) và Khorkich (Mz) (phần tây nam của nền tảng), các trầm tích alluvial khu vực Muna-Markha và các peridotite hạt thô từ ống Udachnaya đã được phân tích về các nguyên tố chính và một số nguyên tố thứ yếu. Kết quả cho thấy một nhóm pyrope được phân biệt, có thành phần không điển hình cho paragenesis lherzolite (pyrope LAC). Chúng chiếm ưu thế tại ống Muza và phổ biến trên toàn cầu. Nhóm này được mô tả như một loại paragenetic riêng biệt. Trong tất cả các trường hợp đã biết, pyrope LAC thuộc về các harzburgite có clinopyroxene dạng hạt, và điều kiện tại chỗ cho bộ này thường dưới 50 kbar và 1000 °C. Dữ liệu từ chính chúng tôi và tài liệu cho thấy rằng pyrope LAC có thể xuất hiện khi magma tương ứng với sự chảy chảy cao cấp của magma nguyên thủy ảnh hưởng đến peridotite bị suy giảm của lớp vỏ địa cực.

Tính chất của paleogeotherm và sự phân bố của pyrope LAC trong các kimberlite và các bộ thu thứ cấp có tuổi khác nhau mà xảy ra trên nền tảng Siberia chỉ ra rằng lớp vỏ địa cực đã mỏng đi đáng kể ở phía đông bắc và các đá đặc trưng bởi pyrope LAC đóng vai trò ngày càng quan trọng trong khu vực này từ thời kỳ Paleozoic đến Mesozoic, và những đá này rất phong phú trong lớp vỏ địa cực của phần nội bộ nền tảng. Những thực tế này cùng với sự thay đổi đáng kể trong thành phần đá trong lớp vỏ địa cực và ở phần tây nam của nền tảng trong cùng khoảng thời gian Gợi ý rằng ảnh hưởng của cụm Siberia từ kỷ Permian-Triassic lên lớp vỏ địa cực của nền tảng đã thay đổi đáng kể thành phần và cấu trúc của nó ở các phần riêng lẻ.

Lịch sử mafic magmatism Phanerozoic trong craton Siberia phía nam bao gồm ba sự kiện chính. Sự kiện đầu tiên (∼500 Ma) được ghi nhận trong các dike dolerite đã diễn ra trong giai đoạn tích tụ và va chạm ở giai đoạn đầu của orogen Trung Á. Việc tiêm các dung dịch mafic vào thạch quyển trên là khả thi trong các khu vực giãn nở khuếch tán trong craton Siberia phía nam, nơi đã đóng vai trò như một lực tác động. Sự kiện vào cuối Paleozoic (∼275 Ma) đã tạo ra các dike xâm nhập trong bối cảnh giãn nở liên quan đến sự hút chìm tại phía sau bờ lục địa hoạt động của Siberia trong thời kỳ đóng lại của đại dương Mông Cổ – Okhotsk, cũng như các dung nham đã tồn tại trước đó (290 Ma) trong phân đoạn Transbaikalia của orogen Trung Á. Magmatism đầu Mesozoic trong craton Siberia phía nam đã dẫn đến nhiều sự xâm nhập mafic từ 240 đến 250 Ma trong lưu vực Angara–Taseeva. Các sự xâm nhập (các bẫy Siberia) xuất hiện khi tấm mảng đang bị hút chìm của đại dương Mông Cổ – Okhotsk tương tác với một cụm mantic sâu. Tuổi của các basalt lũ (290–275 Ma) sau giai đoạn cuối Paleozoic tương ứng với sự di chuyển dần dần về phía tây bắc (trong các tọa độ hiện tại) của tấm mảng dưới rìa phía nam của craton, mà có thể đã ngừng lại sau khi tấm mảng đạt đến khu vực của siêu vùng mantic Siberia. Kể từ khi được củng cố sau hoạt động đầu Mesozoic, thạch quyển trong khu vực này không còn trải qua sự giãn nở thuận lợi cho sự xâm nhập của dung dịch magma bazan.

Magmatism kiềm bazơ đầu Paleozoic ở Kuznetsk Alatau được thể hiện qua pluton gabbro Upper Petropavlovka, các loại đá feldspathoid (theralite, mafic foidolites và syenit nepheline), và Ca-carbonatites. Theo dữ liệu đồng vị Sm–Nd và Rb–Sr, pluton này hình thành vào thời kỳ giữa Cambri (509 ± 10 triệu năm). Các loại đá magma silicat tương ứng với thành phần silicat, alumin và kiềm của sự liên quan bazơ kiềm K–Na. Ca-carbonatites đặc trưng bởi paragenesis nhiệt độ cao (600–900 °C) của apatite, clinopyroxene, ferromonticellite, phlogopite, và magnetite. Chúng giàu P2O5 (lên đến 6.4 wt.%), Sr (lên đến 3000–4500 ppm; Sr/Ba ~ 5–7), và REE + Y (lên đến 800 ppm) và cho thấy bằng chứng về nguồn gốc hóa lỏng. Nguồn magma chủ yếu (εNd(T) = 5–7) là PREMA tương đối bị cạn kiệt, có thể kết hợp với E-MORB và EM. Theo dữ liệu đồng vị ((87Sr/86Sr)T ~ 0.7024–0.7065; δ18O ~ 6.3–15.5‰; δ18C ~ –3.5 đến –2.0‰), sự phân đoạn của các dòng chảy được kèm theo sự ô nhiễm của vỏ trái đất. Thành phần nguyên tố vết của các loại đá mafic cho thấy sự tham gia của một chất tương tự như substrata của magma cha của MORB, IAB, và OIB trong quá trình sinh magma. Điều này gợi ý rằng đã có sự xâm nhập trong môi trường địa động lực học tương tác giữa lề lục địa đang hoạt động và một diapir lớp mang lên. Có khả năng cao, sự xâm nhập đã dẫn đến sự trộn lẫn vật liệu từ các nguồn khác nhau, bao gồm các thành phần của PREMA, lớp mang litospheric giàu có (EM) và vỏ lục địa. Giả thuyết được đưa ra rằng các phức hợp đá kiềm cao và carbonatite ở Tầng Đường Trung Á phía tây có nguồn gốc từ cột mạch và thuộc về vùng magma lớn thời kỳ đầu Paleozoic.