litosphereЛитосфераLITHOSPHERE (Russia)1681-90042500-302XA.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry10.24930/1681-9004-2022-22-6-709-740litosphere-1755Research ArticleСтатьиArticlesГеохимические особенности вулканитов северной части Тагильской структуры как отражение эволюции палеозоны субдукцииGeochemical features of volcanites of the northern part of the Tagil structure as a reflection of the evolution of the paleozone of subductionПетровГ. А.PetrovG. A.

620110, г. Екатеринбург, ул. Акад. Вонсовского, 15,

15 Akad. Vonsovsky st., Ekaterinburg 620110

Georg_Petrov@mail.ruИнститут геологии и геохимии УрО РАНРоссияA.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, UB RASRussian Federation202205012023226709740Copyright © Петров Г.А., 20232023Петров Г.А.Petrov G.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.lithosphere.ru/jour/article/view/1755Объект исследования

Объект исследования. Вулканогенные образования северной части Тагильской мегазоны.

Материал и методы

Материал и методы. Исследовались вулканиты Тагильской палеоостроводужной системы и ее обрамления, включая базальты и андезибазальты следующих свит: хомасьинской O1-2, шемурской O3-S1, павдинской S1, именновской S1-2, туринской S2-D1, перевозской D1, краснотурьинской D1, лимкинской D2-3, а также долериты ивдельского комплекса D3. Выполнены силикатные (РФА) анализы и определение редких элементов методом ICP-MS, проведена обработка и интерпретация этих данных с использованием дискриминационных и спайдер-диаграмм, а также индикаторных геохимических параметров.

Результаты

Результаты. Выяснено, что геохимические параметры, отражающие степень деплетированности вмещающих пород магматических очагов, а также влияние флюидов, выделяющихся при дегидратации пород погружающихся пластин, достаточно определенно демонстрируют увеличение роли субдуцированного материала в составе островодужных магм и позволяют определить время начала субдукционного процесса, резкого изменения режима функционирования и завершения последнего.

Выводы

Выводы. Полученные геохимические данные подтверждают представления о начале процесса субдукции в конце среднего–начале верхнего ордовика, перестройку (перескок?) зоны субдукции в нижнем девоне и завершение процесса в верхнем девоне.

Research subject

Research subject. Volcanogenic formations of the northern part of the Tagil megazone.

Material and methods

Material and methods. Volcanites of the Tagil paleo-island arc system and its frames were studied, including basalts and andesibasalts of the following formations: Khomas’inskaya O1-2, Shemurskaya O3-S1, Pavdinskaya S1, Imennovskaya S1-2, Turinskaya S2-D1, Perevozskaya D1, Krasnotur’inskaya D1, Limkinskaya D2-3, as well as dolerites of the Ivdel complex D3. Silicate (XFA) analyses and determination of rare elements by ICP-MS method were performed. The obtained data was analyzed using discrimination and spider diagrams, as well as indicator geochemical parameters.

Results

Results. The geochemical parameters reflecting the degree of depletion of the host rocks of magmatic chambers, as well as the influence of fluids released during the dehydration of rocks of subducted slabs, quite definitely demonstrate an increase in the role of subducted material in the composition of island-arc magmas. This allows the onset of the subduction process, sharp changes in the conditions of its functioning and the time of its completion to be determined.

Conclusions

Conclusions. The obtained geochemical data confirms the existing concepts about the onset of the subduction process at the end of the Middle – beginning of the Upper Ordovician, restructuring (jumping?) of the subduction zone in the Lower Devonian and completion in the Upper Devonian.

Северный УралТагильская мегазонавулканитыгеохимиясубдукцияNorthern UralsTagil megazonevolcanitesgeochemistrysubductionИсследования выполнены в рамках государственного задания ИГГ УрО РАН, тема № АААА-А18-118053090044-1, с использованием оборудования ЦКП “Геоаналитик” ИГГ УрО РАН. Дооснащение и комплексное развитие ЦКП “Геоаналитик” осуществляются при финансовой поддержке гранта Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, соглашение № 075-15-2021-680The studies was carried out as a part of the IGG UB RAS state assignment (No. АААА-А18-118053090044-1) using the “Geoanalitik” shared research facilities of the IGG UB RAS. The re-equipment and comprehensive development of “Geoanalitik” is financially supported by the grant of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Agreement No. 075-15-2021-680)ReferencesАнцыгин Н.Я., Шурыгина М.В., Наседкина В.А. (1988) Новые данные по стратиграфии палеозоя Северного Урала. Геологическое развитие Урала: достижения и проблемы. М.: МинГео РСФСР, Геол. Фонд РСФСР, 111-121.Antsygin N.Ya., Shurygina M.V., Nasedkina V.A. (1988) New data on the Paleozoic stratigraphy of the Northern Urals. Geological development of the Urals: achievements and problems. Collection of scientific articles. Moscow, MinGeo RSFSR, Geological archive of the RSFSR, 111-121. (In Russ.)Бокситоносные комплексы Урала. (1987) Л.: Недра, 229 с.Aureilien B., Herve B., Gilles C., Laure D., Claude R. (2016) Temporal magma source changes at Gaua volcano, Vanuatu island arc. J. Volcanol. Geotherm. Res., 322, 30-47.Бороздина Г.Н., Иванов К.С., Богоявленская В.М. (2010) Стратиграфия вулканогенных и вулканогенноосадочных отложений Салатимской и Тагильской зон Урала. Екатеринбург: УрО РАН, 152 с.Barberi F., Ferrara G., Santacroce R., Treuil M., Varet J. (1975) A transitional basalt-pantellerite sequence of fractional crystallisation, the Boina centre (Afar rift, Ethiopia). J. Petrol., (16), 22-56.Бочкарев В.В., Язева Р.Г. (2000) Субщелочной магматизм Урала. Екатеринбург: УрО РАН, 256 с.Bauxite-bearing complexes of the Urals. (1987) Leningrad, Nedra Publ., 229 p. (In Russ.)Десятниченко Л.И., Фадеичева И.Ф., Смирнов В.Н., Медведева Т.Ю., Бороздина Г.Н. (2005) Позднеордовикско-силурийские вулканические комплексы Тагильской зоны (восточный склон Среднего Урала): вещественный состав, возраст, уточненная схема расчленения. Литосфера, (2), 68-96.Borozdina G.N., Ivanov K.S., Bogoyavlenskaya V.M. (2010) Stratigraphy of volcanogenic and volcanogenicsedimentary formations of the Salatim and Tagil zones of the Urals. Ekaterinburg, UB RAS, 152 p. (In Russ.)Иванов К.С. (1998) Основные черты геологической истории (1.6–0.2 млрд лет) и строения Урала. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 252 с.Bochkarev V.V., Yazeva R.G. (2000) Subalkaline magmatism of the Urals. Ekaterinburg, UB RAS, 256 p. (In Russ.)Лебедев В.А., Парфенов А.В., Якушев А.И. (2018) Неоген-четвертичный магматизм Чалдыранской равнины и ее обрамления (восточная Турция): пример постколлизионной эволюции от надсубдукционного к внутриплитному типу. Петрология, 26(5), 486-510.Brenan J.M., Shaw H.F., Ryerson F.J., Phinney D.L. (1995) Mineral-aqueous fluid partitioning of trace elements at 900°C and 2.0 GPa: Constraints on the trace element chemistry of mantle and deep crustal fluids. Geochim. Cosmochim. Acta, 59(16), 3331-3350.Наркисова В.В. (2005) Петрохимия позднеордовикских–раннедевонских базальтоидов южной части Тагильской зоны Среднего Урала (по данным Уральской сверхглубокой скважины и околоскважинного пространства). Дис. ... канд. геол.-мин. наук. М.: МГУ, 167 с.Desyatnichenko L.I., Fadeicheva I.F., Smirnov V.N., Medvedeva T.Yu., Borozdina G.N. (2005) Late OrdovicianSilurian volcanic complexes of the Tagil zone (eastern slope of the Middle Urals): material composition, age, re fined dismemberment scheme. Lithosphere (Russia), (2), 68-96. (In Russ.)Пейве А.В. (1947) Тектоника Североуральского бокситового пояса. М: Изд-во МОИП, 207 с.Frolova T.I., Burikova I.A. (1997) Magmatic formations of modern geodynamic environments. Moscow, Publishing House of Moscow State University, 320 p. (In Russ.)Петров Г.А. (2007) Условия формирования комплексов зоны Главного Уральского разлома на Северном Урале. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 181 с.Ivanov K.S. (1998) The main features of the geological history (1.6–0.2 billion years) and the structure of the Urals. Ekaterinburg, IGG UB RAS, 252 p. (In Russ.)Петров Г.А. (2014) Признаки среднепалеозойской обстановки зон скольжения в морфологии структур на Среднем Северном Урале. Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Науч. чтения памяти П.Н. Чирвинского. Тр. Перм. ун-та. Вып. 17, 156-162.Kamber B.S., Collerson K.D. (2000) Role of hidden’ deeply subducted slabs in mantle depletion. Chem. Geol., 166(3-4), 241-254.Петров Г.А., Бороздина Г.Н., Тристан Н.И., Ильясова Г.А. (2014) Возраст и рудоносность колчеданоносной базальт-риолитовой формации Саумской вулкано-тектонической структуры (Северный Урал). Тр. ИГГ УрО РАН. Вып. 161, 95-99.Kent A.J., Elliott T.R. (2002) Melt inclusion from Marianas arc lavas: implications for the composition and formation of island arc magmas. Chem. Geol., 183, 263-286.Петров Г.А., Бороздина Г.Н., Тристан Н.И., Ильясова Г.А. (2017) Новые данные по стратиграфии силурийских толщ Тагильской структуры на Северном Урале. Литосфера, (1), 31-43.Le Bas M.J., Le Matrie R.W., Streckeisen A., Zanettin B. (1986) A chemical classification of volcanic rocks based on the total alkali-silica diagram. J. Petrol., 27(3), 745-750.Петров Г.А., Маслов А.В., Ронкин Ю.Л., Рыбалка А.В. (2008) Предостроводужные палеоспрединговые комплексы Тагильской мегазоны (Средний и Северный Урал). Изв. высш. учеб. завед. Геология и разведка, (3), 35-42.Lebedev V.A., Parfenov A.V., Yakushev A.I. (2018) Neogene-Quaternary magmatism of the Chaldyran plain and its framing (eastern Turkey): an example of post-collision evolution from suprasubduction to intraplate type. Petrologiya, 26(5), 486-510. (In Russ.)Петров Г.А., Наседкина В.А. (2008) К проблеме корреляции среднеордовикских отложений в зоне Главного Уральского разлома на Северном и Среднем Урале. Тр. ИГГ УрО РАН. Вып. 155, 60-62.Le Maitre R.W., Bateman P., Dudek A., Keller J., Lameyre J., Le Bas M.J., Sabine P.A., Schmid R., Sorensen H., Streckeisen A., Woolley A.R., Zanettin B. (1989) A classification of igneous rocks and glossary of terms: Recommendations of the International Union of Geological Sciences Subcommission on the Systematics of Igneous Rocks. Blackwell Scientific Publications, Oxford, U.K., 193 p.Петров Г.А., Ронкин Ю.Л., Маслов А.В. (2021а) Проявление позднедевонского постаккреционного магматизма на восточном склоне Северного Урала: новые данные о возрасте и геохимии. Докл. АН, 500(1), 38-46.Miyashiro A. (1974) Volcanic rock series in island arcs and active continental margins. Amer. J. Sci., 274, 321-343.Петров Г.А., Тристан Н.И., Бороздина Г.Н., Маслов А.В. (2021б) Стратиграфия и обстановки формирования девонских толщ Тагильской мегазоны на Северном Урале. Стратиграфия и геол. корреляция, 29(3), 3-28.Munker C. (1998) Nb/Ta fractionation in a Cambrian arc/back arc system, New Zealand: source constraints and application of refined ICPMS techniques. Chem. Geol., 144(1-2), 23-45.Пучков В.Н. (2000) Палеогеодинамика Южного и Среднего Урала. Уфа: Даурия, 146 с.Narkisova V.V. (2005) Petrochemistry of Late Ordovician–Early Devonian basaltoids of the southern part of the Tagil zone of the Middle Urals (according to the data of the Ural ultra-deep well and near-well space). Cand. geol.-min. sci. diss. Moscow, MSU, 167 p. (In Russ.)Пучков В.Н. (2010) Геология Урала и Приуралья (актуальные вопросы стратиграфии, тектоники, геодинамики и металлогении). Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 280 с.Pearce J.A. (1983) Role of the sub-continental lithosphere in magma genesis at acrive continental margins. Continental Basalts and Mantle Xenoliths. Shiva Publishing Ltd., Cambridge, Mass., 230-249.Фролова Т.И., Бурикова И.А. (1997) Магматические формации современных геодинамических обстановок. М.: Изд-во МГУ, 320 с.Peive A.V. (1947) Tectonics of the North Ural bauxite belt. Moscow, Publishing House MOIP, 207 p. (In Russ.)Шуб В.С. (1983) Континентальные перерывы в домезозойской истории Урала. Вопросы геологической корреляции и металлогении Урала. М.: Геол. Фонд РСФСР, 120-129.Petrov G.A. (2007) Conditions for the formation of complexes of the Main Ural fault zone in the Northern Urals. Ekaterinburg, Publishing House of the Ural State Mining University, 181 p. (In Russ.)Язева Р.Г. (1998) Зоны Заварицкого-Беньофа в геологической истории и магматогенных формациях Урала. Проблемы петрогенезиса и рудообразования Урала. Екатеринбург: УрО РАН, 175-177.Petrov G.A. (2014) Evidence of the Middle Paleozoic environment of the srike-slip zones in the morphology of structures in the Middle and Northern Urals. Problems of mineralogy, petrography and metallogeny. Scientific readings in memory of P.N. Chirvinsky. Perm. Univ. Iss. 17, 156-162. (In Russ.)Язева Р.Г., Бочкарев В.В. (1993) Постколлизионный девонский магматизм Северного Урала. Геотектоника, (4), 56-65.Petrov G.A., Borozdina G.N., Tristan N.I., Il’yasova G.A. (2014) Age and ore content of the copper-pyrite-bearing basalt-rhyolite formation of the Saum volcano-tectonic structure (Northern Urals). Tr. IGG UB RAS. V. 161, 95-99. (In Russ.)Язева Р.Г., Бочкарев В.В. (1995) Силурийская островная дуга Урала: структура, развитие, геодинамика. Геотектоника, (6), 32-44.Petrov G.A., Borozdina G.N., Tristan N.I., Il’yasova G.A. (2017) New data on the stratigraphy of Silurian strata of the Tagil structure at the Northern Urals. Lithosphere (Russia), (1), 31-43. (In Russ.)Aureilien B., Herve B., Gilles C., Laure D., Claude R. (2016) Temporal magma source changes at Gaua volcano, Vanuatu island arc. J. Volcanol. Geotherm. Res., 322, 30-47.Petrov G.A., Maslov A.V., Ronkin Yu.L., Rybalka A.V. (2008) Pre-Island Arc paleospreding complexes of the Tagil megazone (Middle and Northern Urals). Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Geologiya i Razvedka, (3), 35-42. (In Russ.)Barberi F., Ferrara G., Santacroce R., Treuil M., Varet J. (1975) A transitional basalt-pantellerite sequence of fractional crystallisation, the Boina centre (Afar rift, Ethiopia). J. Petrol., 16, 22-56.Petrov G.A., Nasedkina V.A. (2008) On the problem of correlation of Middle Ordovician formations of the Main Ural fault zone at the Northern and Middle Urals. Tr. IGG UB RAS. V. 155, 60-62. (In Russ.)Brenan J.M., Shaw H.F., Ryerson F.J., Phinney D.L. (1995) Mineral-aqueous fluid partitioning of trace elements at 900°C and 2.0 GPa: Constraints on the trace element chemistry of mantle and deep crustal fluids. Geochim. Cosmochim. Acta, 59(16), 3331-3350.Petrov G.A., Ronkin Yu.L., Maslov A.V. (2021a) Manifestation of Late Devonian Post-Accretionary Magmatism on the Eastern Slope of the Northern Urals: New Data on the Age and Geochemistry. Dokl. Earth Sci., 500(1), 738-745.Kamber B.S., Collerson K.D. (2000) Role of hidden’ deeply subducted slabs in mantle depletion. Chem. Geol., 166(3- 4), 241-254.Petrov G.A., Tristan N.I., Borozdina G.N., Maslov A.V. (2021б) Stratigraphy and the Paleoenvironmental Analysis of the Devonian Strata in the Tagil Megazone (Northern Urals). Stratigr. Geol. Кorrel., 29(3), 3-28. (In Russ.)Kent A.J., Elliott T.R. (2002) Melt inclusion from Marianas arc lavas: implications for the composition and formation of island arc magmas. Chem. Geol., 183, 263-286.Plank T., Langmuir C.H. (1998) The chemical composition of subducting sediment and its consequences for the crust and mantle. Chem. Geol., 145(3-4), 325-394.Le Bas M.J., Le Matrie R.W., Streckeisen A., Zanettin B. (1986) A chemical classification of volcanic rocks based on the total alkali-silica diagram. J. Petrol., 27(3), 745-750.Puchkov V.N. (2000) Paleogeodynamics of the Southern and Middle Urals. Ufa, Dauria Publ., 146 p. (In Russ.)Le Maitre R.W., Bateman P., Dudek A., Keller J., Lameyre J., Le Bas M.J., Sabine P.A., Schmid R., Sorensen H., Streckeisen A., Woolley A.R., Zanettin B. (1989) A classification of igneous rocks and glossary of terms: Recommendations of the International Union of Geological Sciences Subcommission on the Systematics of Igneous Rocks. Blackwell Scientific Publications, Oxford, U.K., 193 p.Puchkov V.N. (2010) Geology of the Urals and the Pre-Urals (topical issues of stratigraphy, tectonics, geodynamics and metallogeny). Ufa, Designpoligraphservice Publ., 280 p. (In Russ.)Miyashiro A. (1974) Volcanic rock series in island arcs and active continental margins. Amer. J. Sci., 274, 321-343.Shube V.S. (1983) Continental breaks in the pre-Mesozoic history of the Urals. Questions of geological correlation and metallogeny of the Urals. Moscow, Geological Foundation of the RSFSR, 120-129. (In Russ.)Munker C. (1998) Nb/Ta fractionation in a Cambrian arc/back arc system, New Zealand: source constraints and application of refined ICPMS techniques. Chem. Geol., 144(1-2), 23-45.Sun S.-S., McDonought W.F. (1989) Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for the mantle composition and processes. Magmatism in the oceanic basins. (Eds A.D. Saunders, M.J. Norry). Geol. Soc. London. Spec. Publ., 313-345.Pearce J.A. (1983) Role of the sub-continental lithosphere in magma genesis at acrive continental margins. Continental Basalts and Mantle Xenoliths. Shiva Publishing Ltd., Cambridge, Mass., 230-249.Tatsumi Y., Eggins S. (1995) Subduction Zone Magmatism. Blackwell Science, 211 p.Plank T., Langmuir C.H. (1998) The chemical composition of subducting sediment and its consequences for the crust and mantle. Chem. Geol., 145(3-4), 325-394.Taylor S.R., McLennan S.M. (1985) The continental crust; its composition and evolution. Blackwell, Cambrige, Mass., 312 p.Sun S.-S., McDonought W.F. (1989) Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for the mantle composition and processes. Magmatism in the oceanic basins. (Eds A.D. Saunders, M.J. Norry). Geol. Soc. London. Spec. Publ., 313-345.Turner S.J., Langmuir C.H. (2022) A quantitative framework for global variations in arc geochemistry. Earth Planet. Sci. Lett., 584, 1-13.Tatsumi Y., Eggins S. (1995) Subduction Zone Magmatism. Blackwell Science, 211 p.Yazeva R.G., Bochkarev V.V. (1993) Post-collision Devonian magmatism of the Northern Urals. Geotektonika, (4),56-65. (In Russ.)Taylor S.R., McLennan S.M. (1985) The continental crust; its composition and evolution. Blackwell, Cambrige, Mass., 312 p.Yazeva R.G., Bochkarev V.V. (1995) Silurian island arc of the Urals: structure, development, geodynamics. Geotektonika, (6), 32-44. (In Russ.)Turner S.J., Langmuir C.H. (2022) A quantitative framework for global variations in arc geochemistry. Earth Planet. Sci. Lett., 584, 1-13.Yazeva R.G. (1998) Zavaritsky-Beniof zones in the geological history and magmatic formations of the Urals. Problems of petrogenesis and ore formation of the Urals. Ekaterinburg, UB RAS, 175-177. (In Russ.)

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