gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2022-13-3-0613gtcrust-1529Research ArticleПАЛЕОГЕОДИНАМИКАPALEOGEODYNAMICSДВА ЭТАПА КАЙНОЗОЙСКОГО ЩЕЛОЧНО-БАЗАЛЬТОВОГО ВУЛКАНИЗМА ДАРХАТСКОЙ ВПАДИНЫ (СЕВЕРНАЯ МОНГОЛИЯ) – ГЕОХРОНОЛОГИЯ, ГЕОХИМИЯ И ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ СЛЕДСТВИЯTWO STAGES OF THE CENOZOIC ALKALINE-BASALT VOLCANISM IN THE DARKHAD DEPRESSION (NORTHERN MONGOLIA) – GEOCHRONOLOGY, GEOCHEMISTRY, AND GEODYNAMIC CONSEQUENCESЦыпуковаС. С.TsypukovaS. S.

 664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1а, Россия 

1а Favorsky St, Irkutsk 664033, Russia 

ПерепеловА. Б.PerepelovA. B.

 664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1а, Россия 

1а Favorsky St, Irkutsk 664033, Russia 

alper@igc.irk.ruДемонтероваЕ. И.DemonterovaE. I.

 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128, Россия 

128 Lermontov St, Irkutsk 664033, Russia

ИвановА. В.IvanovA. V.

 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128, Россия 

128 Lermontov St, Irkutsk 664033, Russia

ДрильС. И.DrilS. I.

 664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1а, Россия 

1а Favorsky St, Irkutsk 664033, Russia 

КузьминМ. И.KuzminM. I.

 664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1а, Россия 

1а Favorsky St, Irkutsk 664033, Russia 

ТравинА. В.TravinA. V.

630090, Новосибирск, пр-т Академика Коптюга, 3, Россия

3 Academician Koptyug Ave, Novosibirsk 630090, Russia

ЩербаковЮ. Д.ShcherbakovYu. D.

 664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1а, Россия 

1а Favorsky St, Irkutsk 664033, Russia

ПузанковМ. Ю.PuzankovM. Yu.

683006, Петропавловск-Камчатский, б-р Пийпа, 9, Россия

9 Piip Blvd, PetropavlovskKamchatsky 683006, Russia

КанакинС. В.KanakinS. V.

670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6а, Республика Бурятия, Россия

6а Sakhyanova St, Ulan-Ude 670047, Republic of Buryatia, Russia

Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАНРоссияVinogradov Institute of Geochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут земной коры СО РАНРоссияInstitute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАНРоссияSobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут вулканологии и сейсмологии ДВО РАНРоссияInstitute of Volcanology and Seismology, Far Eastern Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationГеологический институт им. Н.Л. Добрецова СО РАНРоссияDobretsov Geological Institute, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202219092022133613613Copyright © Цыпукова С.С., Перепелов А.Б., Демонтерова Е.И., Иванов А.В., Дриль С.И., Кузьмин М.И., Травин А.В., Щербаков Ю.Д., Пузанков М.Ю., Канакин С.В., 20222022Цыпукова С.С., Перепелов А.Б., Демонтерова Е.И., Иванов А.В., Дриль С.И., Кузьмин М.И., Травин А.В., Щербаков Ю.Д., Пузанков М.Ю., Канакин С.В.Tsypukova S.S., Perepelov A.B., Demonterova E.I., Ivanov A.V., Dril S.I., Kuzmin M.I., Travin A.V., Shcherbakov Y.D., Puzankov M.Y., Kanakin S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gt-crust.ru/jour/article/view/1529

На основе данных изотопного датирования в кайнозойской истории вулканической активности Дархатской впадины Северной Монголии выделены два этапа – инициальный позднеолигоценовый этап (~28.0–26.6 млн лет) и заключительный позднемиоцен-раннеплиоценовый этап (~5.8–4.2 млн лет). Установлено, что породы раннего инициального этапа представлены исключительно трахиандезибазальтами, а среди базальтоидов заключительного этапа выделяется гавайит-базанит-фонотефритовая серия пород щитовых вулканических построек и комплекс трахибазальтов «долинных» лавовых толщ, формирование которых завершает вулканическое развитие территории. Показано, что для трахиандезибазальтов инициального этапа характерными являются их относительное обогащение TiO2, P2O5, Sr, Zn, Ga и низкие концентрации Al2O3, MnO, CaO, Sc и HREE (La/Yb=27.2–30.2). Базальтоиды заключительного этапа демонстрируют рост содержаний TiO2, Al2O3, P2O5, LILE, HFSE, Th, U и увеличение степени фракционирования REE (La/Yb от 12.2 до 20.9) в направлении увеличения щелочности пород. Моделирование процессов плавления эклогитов, пироксенитов и перидотитов в системе La/Yb – Sm/Yb показывает, что трахиандезибазальтовые расплавы могли быть сформированы при ~7–8%-ном плавлении эклогитового вещества или ~10–11%-ном – Grt-содержащих пироксенитов, а трахибазальтовые расплавы образуются при ~2–3%-ном плавлении Grt-содержащих перидотитов. Распределение составов пород в координатах Mg# – Fe/Mn указывает на то, что к исходным магмам относятся трахиандезибазальты инициального этапа и раннеплиоценовые трахибазальты «долинных» лавовых толщ. Изотопные характеристики Sr, Nd и Pb базальтоидов Дархатской впадины демонстрируют значимое смещение значений изотопных отношений во времени в направлении от относительно обогащенной мантии к деплетированной мантии MORB типа. Формирование трахиандезибазальтовых расплавов на инициальном этапе происходило в позднем олигоцене на предрифтовой стадии развития территории с вовлечением в область магмообразования вещества метасоматизированной мантии с участием пироксенитового или эклогитового компонента. Происхождение позднемиоцен-раннеплиоценовых щелочно-базальтовых магм заключительного этапа связано с процессами декомпрессионного плавления перидотитов слабометасоматизированной литосферной мантии на рифтогенной стадии развития Дархатской структуры.

The isotopic data showed that there are two stages distinguished in the Cenozoic history of the Darkhad depression volcanic activity, the Late Oligocene initial stage (~28.0–26.6 Ma) and the final Late Miocene – Early Pliocene stage (~5.8–4.2 Ma). It has been stated that the rocks of the initial stage are only represented by trachybasalts; however, among the final-stage basaltoids there are series of shield-volcano hawaite-basanite-phonotephrite rocks and compex trachybasaltic "valley" lava flows, the formation of which is the last stage in the territorial volcanic evolution. It has been shown that the initial-stage trachybasaltic andesites are characterized by their enrichment of TiO2, P2O5, Sr, Zn, Ga and low concentrations of Al2O3, MnO, CaO, Sc and HREE (La/Yb=27.2–30.2). Basaltoids of the final stage have a similar rare-element distribution and show an increase in the contents of TiO2, Al2O3, P2O5, LILE, HFSE, Th, U and in the degree of fractionation of REE (La/Yb from 12.2 to 20.9) towards the rocks alkalinity enhancement. Modeling of eclogite, pyroxenite and peridotite melting processes in the La/Yb – Sm/Yb system shows that trachybasaltic andesite melts could be formed at ~7–8 % melting of eclogitic matter or at ~10–11 % melting of Grt-containing pyroxenites, with trachybasalt formed at ~3 % melting of Grt-containing peridotites. The composition distribution of rocks in coordinates (Mg# – Fe/Mn) indicates that the parental magmas are the initial-stage trachybasaltic andesite magmas as well as the Early Pliocene trachybasaltic "valley" lava flows. Sr, Nd, Pb isotope characteristics of the Darkhad depression basaltoids show significant shift of isotopic ratios in time towards the relatively enriched mantle as compared with the depleted MORB mantle. The initial formation of trachybasaltic andesite melts occurred in the Late Oligicene at the pre-rift stage of the territory development involving metasomatized mantle matter, with the pyroxenite or eclogite component contained in the magma formation source. The origin of trachybasalt magmas of the final stage is associated with the processes of decompression melting of peridotites in a weakly metasomatized lithospheric mantle at the rift stage of the Darkhad structure development.

кайнозойский вулканизмДархатская впадинаСеверная МонголиягеохронологияминералогиягеохимияCenozoic volcanismDarkhad depressionNorthern MongoliageochronologymineralogygeochemistryИсследования выполнены в рамках государственного задания по теме НИР № 0284-2021-0007 и гранта РФФИ № 20-05-00116 Института геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, а также по теме государственного задания Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН. В работе задействовалось оборудование ЦКП «Геодинамика и геохронология» Института земной коры СО РАН (грант № 075-15-2021-682).The research was carried out within the state assignment (0284-2021-0007), and RFBR (grant 20-05-00116) of IGC SB RAS, and the state assignment of Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS. This work involved the equipment of the "Geodynamics and Geochronology" Shared Research Facilities of the Institute of the Earth's Crust SB RAS (grant 075-15-2021-682).ReferencesCarlson R.W., Ionov D.A., 2019. Compositional Characteristics of the MORB Mantle and Bulk Silicate Earth Based on Spinel Peridotites from the Tariat Region, Mongolia. Geochimica et Cosmochimica Acta 257, 206–223. https://doi.org/10.1016/j.gca.2019.05.010.Carlson R.W., Ionov D.A., 2019. Compositional Characteristics of the MORB Mantle and Bulk Silicate Earth Based on Spinel Peridotites from the Tariat Region, Mongolia. Geochimica et Cosmochimica Acta 257, 206–223. https://doi.org/10.1016/j.gca.2019.05.010.Dale C.W., Burton K.W., Pearson D.G., Gannoun A., Alard O., Argles T.W., Parkinson I.J., 2009. Highly Siderophile Element Behaviour Accompanying Subduction of Oceanic Crust: Whole Rock and Mineral-Scale Insights from a High-Pressure Terrain. Geochimica et Cosmochimica Acta 73 (5), 1394–1416. https://doi.org/10.1016/j.gca.2008.11.036.Dale C.W., Burton K.W., Pearson D.G., Gannoun A., Alard O., Argles T.W., Parkinson I.J., 2009. Highly Siderophile Element Behaviour Accompanying Subduction of Oceanic Crust: Whole Rock and Mineral-Scale Insights from a High-Pressure Terrain. Geochimica et Cosmochimica Acta 73 (5), 1394–1416. https://doi.org/10.1016/j.gca.2008.11.036.Demonterova E.I., Ivanov A.V., Rasskazov S.V., Markova M.E., Yasnygina T.A., Malykh Y.M., 2007. Lithospheric Control on Late Cenozoic Magmatism at the Boundary of the Tuva-Mongolian Massif, Khubsugul Area, Northern Mongolia. Petrology 15, 90–107. https://doi.org/10.1134/S0869591107010055.Demonterova E.I., Ivanov A.V., Rasskazov S.V., Markova M.E., Yasnygina T.A., Malykh Y.M., 2007. Lithospheric Control on Late Cenozoic Magmatism at the Boundary of the Tuva-Mongolian Massif, Khubsugul Area, Northern Mongolia. Petrology 15, 90–107. https://doi.org/10.1134/S0869591107010055.Hart S.R., Hauri E.H., Oschmann L.A., Whitehead J.A., 1992. Mantle Plumes and Entrapment: Isotopic Evidence. Science 256 (5056), 517–520. https://doi.org/10.1126/science.256.5056.517.Hart S.R., Hauri E.H., Oschmann L.A., Whitehead J.A., 1992. Mantle Plumes and Entrapment: Isotopic Evidence. Science 256 (5056), 517–520. https://doi.org/10.1126/science.256.5056.517.Ivanov A.V., Demonterova E.I., He H., Perepelov A.B., Travin A.V., Lebedev V.A., 2015. Volcanism in the Baikal Rift: 40 years of Active-versus-Passive Model Discussion. Earth-Science Reviews 148, 18–43. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2015.05.011.Ivanov A.V., Demonterova E.I., He H., Perepelov A.B., Travin A.V., Lebedev V.A., 2015. Volcanism in the Baikal Rift: 40 years of Active-versus-Passive Model Discussion. Earth-Science Reviews 148, 18–43. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2015.05.011.Iwamori H., Nakamura H., 2015. Isotopic Heterogeneity of Oceanic, Arc and Continental Basalts and Its Implications for Mantle Dynamics. Gondwana Research 27 (3), 1131–1152. https://doi.org/10.1016/j.gr.2014.09.003.Iwamori H., Nakamura H., 2015. Isotopic Heterogeneity of Oceanic, Arc and Continental Basalts and Its Implications for Mantle Dynamics. Gondwana Research 27 (3), 1131–1152. https://doi.org/10.1016/j.gr.2014.09.003.Le Bas M.J., Le Maitre R.W., Streckeisen A., Zanettin B., 1986. Chemical Classification of Volcanic Rocks Based on the Total Alkali-Silica Diagram. Journal of Petrology 27 (3), 745–750. https://doi.org/10.1093/petrology/27.3.745.Le Bas M.J., Le Maitre R.W., Streckeisen A., Zanettin B., 1986. Chemical Classification of Volcanic Rocks Based on the Total Alkali-Silica Diagram. Journal of Petrology 27 (3), 745–750. https://doi.org/10.1093/petrology/27.3.745.Le Roux V., Lee C.-T.A., Turner S.J., 2010. Zn/Fe Systematics in Mafic and Ultramafic Systems: Implications for Detecting Major Element Heterogeneities in the Earth’s Mantle. Geochimica et Cosmochimica Acta 74 (9), 2779–2796. https://doi.org/10.1016/j.gca.2010.02.004.Le Roux V., Lee C.-T.A., Turner S.J., 2010. Zn/Fe Systematics in Mafic and Ultramafic Systems: Implications for Detecting Major Element Heterogeneities in the Earth’s Mantle. Geochimica et Cosmochimica Acta 74 (9), 2779–2796. https://doi.org/10.1016/j.gca.2010.02.004.Logachev N.A., 2003. History and Geodynamic of the Baikal Rift. Russian Geology and Geophysics 44 (5), 391–406.Logachev N.A., 2003. History and Geodynamic of the Baikal Rift. Russian Geology and Geophysics 44 (5), 391–406.McDonough W.F., Sun S.-S., 1995. The Composition of the Earth. Chemical Geology 120 (3–4), 223−253. https://doi.org/10.1016/0009-2541(94)00140-4.McDonough W.F., Sun S.-S., 1995. The Composition of the Earth. Chemical Geology 120 (3–4), 223−253. https://doi.org/10.1016/0009-2541(94)00140-4.Perepelov A.B., Kuzmin M.I., Tsypukova S.S., Demonterova E.I., Ivanov A.V., Shcherbakov Y.D., Puzankov M.Y., Odgerel D., Bat-Ulzi D., 2017. Eclogite Trace in Evolution of Late Cenozoic Alkaline Basalt Volcanism on the Southwestern Flank of the Baikal Rift Zone: Geochemical Features and Geodynamic Consequences. Doklady Earth Sciences 476, 1187–1192. https://doi.org/10.1134/S1028334X1710018X.Perepelov A.B., Kuzmin M.I., Tsypukova S.S., Demonterova E.I., Ivanov A.V., Shcherbakov Y.D., Puzankov M.Y., Odgerel D., Bat-Ulzi D., 2017. Eclogite Trace in Evolution of Late Cenozoic Alkaline Basalt Volcanism on the Southwestern Flank of the Baikal Rift Zone: Geochemical Features and Geodynamic Consequences. Doklady Earth Sciences 476, 1187–1192. https://doi.org/10.1134/S1028334X1710018X.Perepelov A., Kuzmin M., Tsypukova S., Shcherbakov Y., Dril S., Didenko A., Dalai-Erdene E., Puzankov M., Zhgilev A., 2020. Late Cenozoic Uguumur and Bod-Uul Volcanic Centers in Northern Mongolia: Mineralogy, Geochemistry, and Magma Sources. Minerals 10 (7), 612. https://doi.org/10.3390/min10070612.Perepelov A., Kuzmin M., Tsypukova S., Shcherbakov Y., Dril S., Didenko A., Dalai-Erdene E., Puzankov M., Zhgilev A., 2020. Late Cenozoic Uguumur and Bod-Uul Volcanic Centers in Northern Mongolia: Mineralogy, Geochemistry, and Magma Sources. Minerals 10 (7), 612. https://doi.org/10.3390/min10070612.Рассказов С.В., Чувашова И.С., Ясныгина Т.А., Сунь Й., Саранина Е.В. Генеральная Pb‐изотопная систематика источников вулканических пород новейшего геодинамического этапа Азии // Геодинамика и тектонофизика. 2019. Т. 10. № 2. С. 507–539. https://doi.org/10.5800/GT-2019-10-2-0424.Rasskazov S.V., Chuvashova I.S., Yasnygina T.A., Sun Y., Saranina E.V., 2019. General Pb‐Isotope Systematics of Sources for Volcanic Rocks of the Latest Geodynamic Stage in Asia. Geodynamics & Tectonophysics 10 (2), 507–539 (in Russian). https://doi.org/10.5800/GT-2019-10-2-0424.Rasskazov S.V., Saranina E.V., Demonterova E.I., Maslovskaya M.N., Ivanov A.V., 2002. Mantle Components in Late Cenozoic Volcanics of the East Sayan (from Pb, Sr, and Nd Isotopes). Russian Geology and Geophysics 43 (12), 1065–1079.Rasskazov S.V., Saranina E.V., Demonterova E.I., Maslovskaya M.N., Ivanov A.V., 2002. Mantle Components in Late Cenozoic Volcanics of the East Sayan (from Pb, Sr, and Nd Isotopes). Russian Geology and Geophysics 43 (12), 1065–1079.Sun S.-S., McDonough W.F., 1989. Chemical and Isotopic Systematics of Oceanic Basalts: Implications for Mantle Composition and Processes. In: A.D. Saunders, M.J. Norry (Eds), Magmatism in the Ocean Basins. Geological Society of London Special Publications 42, 313–345. https://doi.org/10.1144/GSL.SP.1989.042.01.19.Sun S.-S., McDonough W.F., 1989. Chemical and Isotopic Systematics of Oceanic Basalts: Implications for Mantle Composition and Processes. In: A.D. Saunders, M.J. Norry (Eds), Magmatism in the Ocean Basins. Geological Society of London Special Publications 42, 313–345. https://doi.org/10.1144/GSL.SP.1989.042.01.19.Tsypukova S.S., Perepelov A.B., Demonterova E.I., Pavlova L.A., Travin A.V., Puzankov M.Y., 2014. Origin and Evolution of Neogene Alkali-Basaltic Magmas in the Southwestern Flank of the Baikal Rift System (Heven Lava Plateau, Northern Mongolia). Russian Geology and Geophysics 55 (2), 190–215. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2014.01.006.Tsypukova S.S., Perepelov A.B., Demonterova E.I., Pavlova L.A., Travin A.V., Puzankov M.Y., 2014. Origin and Evolution of Neogene Alkali-Basaltic Magmas in the Southwestern Flank of the Baikal Rift System (Heven Lava Plateau, Northern Mongolia). Russian Geology and Geophysics 55 (2), 190–215. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2014.01.006.Yarmolyuk V.V., Ivanov V.G., Kovalenko V.I., Pokrovskii B.G., 2003. Magmatism and Geodynamics of the Southern Baikal Volcanic Region (Mantle Hot Spot): Results of Geochronological, Geochemical, and Isotopic (Sr, Nd, and O) Investigations. Petrology 11 (1), 1–30.Yarmolyuk V.V., Ivanov V.G., Kovalenko V.I., Pokrovskii B.G., 2003. Magmatism and Geodynamics of the Southern Baikal Volcanic Region (Mantle Hot Spot): Results of Geochronological, Geochemical, and Isotopic (Sr, Nd, and O) Investigations. Petrology 11 (1), 1–30.Zorin Y.A., Turutanov E.K., Mordvinova V.V., Kozhevnikov V.M., Yanovskaya T.B., Treussov A.V., 2003. The Baikal Rift Zone: The Effect of Mantle Plumes on Older Structure. Tectonophysics 371 (1–4), 153–17 3. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(03)00214-2.Zorin Y.A., Turutanov E.K., Mordvinova V.V., Kozhevnikov V.M., Yanovskaya T.B., Treussov A.V., 2003. The Baikal Rift Zone: The Effect of Mantle Plumes on Older Structure. Tectonophysics 371 (1–4), 153–17 3. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(03)00214-2.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.