Detrital zircons from Lower Triassic sandstones, Belsky depression, Pre-Uralian foredeep: LA-ICP-MS U-Pb isotopic ages and distribution of rare and trace elements

Lower Triassic sandstones in the southern part of Belsky depression (Pre-Uralian foredeep) contain detrital zircons with concordant U-Pb isotopic ages ranging from Neoarchean to the boundary of the Carboniferous and Permian. The distribution of rare and trace elements in zircons suggests that the majority of them fall into the Triassic sandstones due to erosion of basic rocks (or, taking into account the possibility of multiple recycling, most of them are crystallized in the rocks of basic composition). These data indicate a much wider age range of rocks in provenances in the Early Triassic, than it follows from petrographic observations. The micropetrografic data testify that the magmatic complexes which are distributed at present in Sakmara area were the sources of zircons with the Early and Middle Paleozoic datings. Detrital zircons with the Proterozoic and Neoarchean ages are likely redeposited from Riphean-Vendian Ural-Tau zone, where they were brought due to erosion of East European platform base. A small proportion of crystals with Late Paleozoic ages taking into account the geochemical and petrographic data, permits suggest that granite massifs of the Main Granitic axis of the Urals, during the formation of Pre-Uralian molasses has not been involved into erosion. Perhaps they have not yet been withdrawn to the surface, or were placed to the East line of the watershed. At the same time, a significant number of zircons with Precambrian age indicates that the Ural-Tau metamorphic formations were in the erosion zone. Consequently, the orogen watershed at that time was to the east of the zone. This is also evidenced by the presence in the Lower Triassic sandstones few crystals of zircon with Carboniferous age, the source of which could be to the west of modern Magnitogorsk megazone. On the basis of these data we suggest that the forming of coarse clastic formations of the final stage of orogeny in the southern Urals occurred mainly due to erosion of sedimentary, igneous and metamorphic complexes from modern western slope of the axial zone of the Urals.

Предуральский прогиб, Бельская впадина, нижний триас, обломочные цирконы, U-Pb изотопный возраст, распределение редких и рассеянных элементов, состав пород в источниках сноса, Pre-Uralian foredeep, Belsky depression, Lower Triassic, detrital zircons, U-Pb isotopic ages, rare and trace elements distribution, provenances

1. Андреичев В.Л., Соболева А.А., Герелс Дж. (2013) U-Pb-возраст детритовых цирконов из верхнедокембрийских терригенных отложений Северного Тимана. Докл. АН. 450(5), 562-566.

2. Вовна Г.М., Киселев В.И., Сахно В.Г., Мишкин М.А., Ленников А.М., Зарубина Н.В., Вельдемар А.А. (2014) Первые данные по локальному изотопному U-Pb-датированию цирконов (метод LA-ICP-MS) гиперстеновых плагиогнейсов Джугджурского блока (юго-восток Алданского щита). Докл. АН. 459(2), 189-193.

3. Иванов К.С., Пучков В.Н. (1984) Геология Сакмарской зоны Урала (новые данные). Свердловск: УНЦ АН СССР, 86 с.

4. Кириллова Г.Л. (2014) Реконструкция питающих провинций Восточно-Азиатской континентальной окраины в позднем мезозое по данным изотопной U-Pb геохронологии обломочных цирконов. Докл. АН. 456(4), 448-450.

5. Киселев В.И., Вовна Г.М., Мишкин М.А., Ковалева Е.Ю. (2008) Одновременное определение содержания редких элементов и U-Pb изотопных отношений цирконов по единичному зерну методом ЛА-ИСП-МС. Аналитика Сибири и Дальнего Востока. Томск: Изд-во Томского университета, 78-79.

6. Ковач В.П., Рязанцев А.В., Третьяков А.А., Дегтярев К.Е., Толмачева Е.В., Ван К.Л., Котов А.Б., Чун С.Л., Джан Б.М. (2014) U-Pb возрасты детритовых цирконов из неопротерозойских россыпей Ерементау-Ниязского массива как отражение этапов докембрийской тектоно-магматической эволюции Северного Казахстана. Докл. АН. 455(3), 300-304.

7. Костева Н.Н., Кузнецов Н.Б., Тебеньков А.М., Романюк Т.В. (2014) Первые результаты изотопного U-Pb датирования (LA-ICP-MS) детритных цирконов из нижнего палеозоя Шпицбергена. Докл. АН. 455(3), 305-312.

8. Кузнецов Н.Б., Алексеев А.С., Белоусова Е.А., Романюк Т.В., Реймерс А.Н., Цельмович В.А. (2014) Тестирование моделей поздневендской эволюции северо-восточной периферии Восточно-Европейской платформы на основе первых результатов изотопного U/Pb-датирования (LA-ICP-MS) детритных цирконов из верхневендских песчаников Юго-восточного Беломорья. Докл. АН. 458(3), 313-317.

9. Кузьмин В.К. (2014) Возраст осадконакопления и метаморфизма терригенных пород Срединно-Камчатского и Ганальского поднятий по результатам SHRIMP U-Pb датирования циркона. Докл. АН. 454(6), 689-694.

10. Маслов А.В., Вовна Г.М., Киселёв В.И., Крупенин М.Т., Ронкин Ю.Л. (2011) Первые результаты U-Pb датирования обломочных цирконов из отложений серебрянской серии (верхний протерозой, Средний Урал). Докл. АН. 439(3), 359-364.

11. Маслов А.В., Вовна Г.М., Киселёв В.И., Ронкин Ю.Л., Крупенин М.Т. (2012) U-Pb систематика обломочных цирконов из отложений серебрянской серии Среднего Урала. Литология и полез. ископаемые. (2), 180-196.

12. Мизенс Г.А. (1997а) Об этапах формирования Предуральского прогиба. Геотектоника. (5), 33-46.

13. Мизенс Г.А. (1997б) Верхнепалеозойский флиш Западного Урала. Екатеринбург: УрО РАН, 230 с.

14. Наливкин В.Д. (1950) Фации и геологическая история Уфимского плато и Юрезано-Сылвенской депрессии. Л.; М.: Гостоптехиздат, 127 с.

15. Пучков В.Н. (2000) Палеогеодинамика Южного и Среднего Урала. Уфа: Даурия, 146 с.

16. Пущаровский Ю.М. (1959) Краевые прогибы, их тектоническое строение и развитие. М.: Изд-во АН СССР, 154 с.

17. Романюк Т.В., Кузнецов Н.Б., Маслов А.В., Белоусова Е.А., Крупенин М.Т., Ронкин Ю.Л., Горожанин В.М., Горожанина Е.Н. (2014) Геохимическая и Lu/Hf-изотопная (LA-ICP-MS) систематика детритных цирконов из песчаников базальных уровней стратотипа рифея. Докл. АН. 459(3), 340-344.

18. Романюк Т.В., Кузнецов Н.Б., Маслов А.В., Белоусова Е.А., Ронкин Ю.Л., Горожанин В.М., Горожанина Е.Н. (2013) Геохимическая и (LA-ICP-MS) Lu-Hf систематика детритных цирконов из лемезинских песчаников верхнего рифея Южного Урала. Докл. АН. 453(6), 657-661.

19. Руженцев С.В. (2005) “Фациальные” покровы в структуре западного склона Южного Урала. Очерки по региональной тектонике. Т. 2. М.: Наука, 56-83.

20. Рязанцев А.В., Борисенок Д.В., Дубинина С.В., Калинина Е.А., Кузнецов Н.Б., Матвеева Е.А., Аристов В.А. (2005) Общая структура Сакмарской зоны Южного Урала в районе Медногорских колчеданных месторождений. Очерки по региональной тектонике. Т. 2. М.: Наука, 84-134.

21. Стратиграфические схемы Урала (1993) Екатеринбург: Роскомнедра, ИГГ УрО РАН, 172 с.

22. Твердохлебов В.П. (2001) Предгорные конусы выноса и эоловые отложения как индикаторы аридности климата на востоке Европейской части России в начале триаса. Изв. вузов. Геология и разведка. (1), 53-57.

23. Твердохлебов В.П. (2001) Особенности накопления аллювиальных и дельтовых образований в условиях аридного климата. Изв. вузов. Геология и разведка. (2), 146-148.

24. Туркина О.М., Лепехина Е.Н., Бережная Н.Г., Капитонов И.Н. (2014) U-Pb возраст и изотопная Lu-Hf систематика детритовых цирконов из парагнейсов Булунского блока (Шарыжалгайский выступ фундамента Сибирской платформы). Докл. АН. 458(5), 582-589.

25. Хворова И.В. (1961) Флишевая и нижнемолассовая формации Южного Урала. М.: Изд-во АН СССР, 352 с.

26. Школьник С.И., Летникова Е.Ф., Беличенко В.Г., Прошенкин А.И., Джен Х. (Geng H.), Вещева С.В., Левин А.В. (2014) U-Pb датирование методом LA-ICP-MS детритовых цирконов из метатерригенных отложений венд-кембрийского чехла Тувино-Монгольского микроконтинента (Тункинские гольцы, Восточный Саян). Докл. АН. 454(4), 452-455.

27. Шутов В.Д. (1967) Классификация песчаников. Литология и полез. ископаемые. (5), 86-103.

28. Ahrens L.H., Cherry R.D., Erlank A.J. (1967) Observation on the Th-U relationship in zircons from granitic rocks and from kimberlites. Geochim. Cosmochim. Acta. 31, 2379-2387.

29. Andersen T. (2005) Detrital zircons as tracers of sedimentary provenance: limiting conditions from statistics and numerical simulation. Chem. Geol. 216, 249-270.

30. Andersen T., Griffin W.L., Jackson S.E., Knudsen T.-L. (2004) Mid-Proterozoic magmatic arc evolution at the southwest margin of the Baltic Shield. Lithos. 73, 289-318.

31. Andersen T., Griffin W.L., Pearson N.J. (2002) Crustal evolution in the SW part of the Baltic Shield: the Hf isotope evidence. J. Petrol. 43, 1725-1747.

32. Andersen T., Saeed A., Gabrielsen R.H., Olaussen S. (2011) Provenance characteristics of the Brumunddal sandstone in the Oslo Rift derived from U-Pb, Lu-Hf and trace element analyses of detrital zircons by laser ablation IC-MPS. Norw. J. Geol. 91, 1-19.

33. Barr S.M., Davis D.W., Kamo S., White C.E. (2003) Significance of U-Pb detrital zircon ages in quartzite from peri-Gondwanan terranes, New Brunswick and Nova Scotia, Canada. Precambr. Res. 126, 123-145.

34. Belousova E.A., Griffin W.L., O’Reilly S.Y., Fisher N.I. (2002) Igneous zircon: trace element composition as an indicator of source rock type. Contrib. Mineral. Petrol. 143, 602-622.

35. Belousova E.A., Griffin W.L., Pearson N.J. (1998) Trace element composition and cathodoluminescence properties of southern African kimberlitic zircons. Mineral. Mag. 62(3), 355-366.

36. Bingen B., Birkeland A., Nordgulen O., Sigmond E.M.O. (2001) Correlation of supracrustal sequences and origin of terranes in the Sveconorwegian orogen of SW Scandinavia: SIMS data on zircon in clastic metasediments. Precambr. Res. 108, 293-318.

37. Black L.P., Kamo S.L., Allen C.M., Aleinikoff J.N., Davis D.W., Korsch R.J., Foudoulis C. (2003) TEMORA 1: a new zircon standard for Phanerozoic U-Pb geochronology. Chem. Geol. 200, 155-170.

38. Cavosie A.J., Valley J.W., Wilde S.A. (2006) Correlated microanalysis of zircon: Trace element, d18O, and U-Th-Pb isotopic constraints on the igneous origin of complex >3900 Ma detrital grains. Geochim. Cosmochim. Acta. 70, 5601-5616.

39. Condie K.C., Beyer E., Belousova E., Griffin W.L., O’Reilly S.Y. (2005) U-Pb isotopic ages and Hf isotopic composition of single zircons: the search for juvenile Precambrian continental crust. Precambr. Res. 139, 42-100.

40. Davis D.W. (2002) U-Pb geochronology of Archaean metasedimentary rocks in the Pontiac and Abitibi subprovinces, Quebec, constraints on timing, provenance and regional tectonics. Precambr. Res. 115, 97-117.

41. De Haas G.J.L.M., Andersen T., Vestin J. (1999) Detrital zircon geochronology: new evidence for an old model for accretion of the Southwest Baltic Shield. J. Geol. 107, 569-586.

42. Dickinson W.R., Lawton T.F., Gehrels G.E. (2009) Recycling detrital zircons: A case study from the Cretaceous Bisbee Group of southern Arizona. Geol. 37(6), 503-506.

43. Fedo C.M., Sircombe K.N., Rainbird R.H. (2003) Detrtial zircon analysis of the sedimentary record. Zircon, Rev. Mineral. Geochem. (Eds J.M. Hanchar and P.W.O. Hoskin). 53, 277-303.

44. Gaucher C., Finney S.C., Poire D.G., Valencia V.A., Grove M., Blanco G., Pamoukaghlian K., Peral L.G. (2008) Detrital zircon ages of Neoproterozoic sedimentary successions in Uruguay and Argentina: Insights into the geological evolution of the Rio de la Plata Craton. Precambr. Res. 167, 150-170.

45. Gehrels G.E. (2006) Analytical methods. www.geo.arizona.edu/alc/Analytical%20Methods.htm, accessed 1 March 07, 2006.

46. Gehrels G.E., Ruiz J., Valencia V.A., Pullen A., Baker M. (2006) Detrital zircon U-Th-Pb geochronology by LA-MC-ICPMS at the Arizona LaserChron Center. GSA Abstracts Programs. 38(7), 408.

47. Griffin W.L., Belousova E.A., Shee S.R., Pearson N.J., O’Reilly S.Y. (2004) Archean crustal evolution in the northern Yilgarn Craton: U-Pb and Hf-isotope evidence from detrital zircons. Precambr. Res. 131, 231-282.

48. Grimes C.B., John B.E., Kelemen P.B., Mazdab F.K., Wooden J.L., Cheadle M.J., Hanghøj K., Schwartz J.J. (2007) Trace element chemistry of zircons from oceanic crust: A method for distinguishing detrital zircon provenance. Geol. 35(7), 643-646.

49. Hartmann L.A., Leite J.A.D., Silva L.C., Remus M.V.D., McNaughton N.J., Groves D.I., Fletcher I.R., Santos J.O.S., Vasconcellos M.A.Z. (2000) Advances in SHRIMP geochronology and their impact on understanding the tectonic and metallogenic evolution of southern Brazil. Austral. J. Earth Sci. 47, 829-844.

50. Hartmann L.A., Santos J.O.S. (2004) Predominance of high Th/U, magmatic zircon in Brazilian Shield sandstones. Geol. 32(1), 73-76;

51. Hoskin P.W.O., Ireland T.R. (2000) Rare earth element chemistry of zircon and its use as a provenance indicator. Geol. 28, 627-630.

52. Hoskin P.W.O., Schaltegger U. (2003) The Composition of Zircon and Igneous and Metamorphic Petrogenesis. Zircon, Rev. Mineral. Geochem. (Eds J.M. Hanchar and P.W.O. Hoskin). 53, 27-62.

53. Kinney P.D. and Maas R. (2003) Lu-Hf and Sm-Nd isotope systems in zircon. Zircon, Rev. Mineral. Geochem. (Eds J.M. Hanchar and P.W.O. Hoskin). 53, 327-341.

54. Lahtinen R., Huhma H., Kousa J. (2002) Contrasting source components of the Paleoproterozoic Svecofennian metasediments: Detrital zircon U-Pb, Sm-Nd and geochemical data. Precambr. Res. 116, 81-109.

55. Lauri L.S., Andersen T., Holtta P., Huhma H., Graham S. (2011) Evolution of the Archaean Karelian province in the Fennoscandian Shield in the light of U-Pb zircon ages and Sm-Nd and Lu-Hf Isotope systematics. J. Geol. Soc., London. 168, 201-218.

56. Rainbird R.H., Davis W.J. (2007) U-Pb detrital zircon geochronology and provenance of the late Paleoproterozoic Dubawnt Supergroup: Linking sedimentation with tectonic reworking of the western Churchill Province, Canada. GSA Bull. 119, 314-328.

57. Safonova I., Maruyama S., Hirata T., Kon Y., Rino S. (2010) LA-ICP-MS U-Pb ages of detrital zircons from Russia largest rivers: Implications for major granitoid events in Eurasia and global episodes of supercontinent formation. J. Geodynamics. 50, 134-153.

58. Sambridge M.S., Compston W. (1994) Mixture modelling of multicomponent data sets with application to ion-probe zircon ages. Earth Planet. Sci. Lett. 128, 373-390.

59. Sircombe K.N. (2000) Quantitative comparison of geochronological data using multivariate analysis: a provenance study example from Australia. Geochim. Cosmochim. Acta. 64, 1593-1619.

60. Sircombe K.N., Hazelton M.L. (2004) Comparison of detrital zircon age distributions by kernel functional estimation. Sediment. Geol. 171, 91-111.

61. Vavra G., Schmid R., Gebauer D. (1999) Internal morphology, habit and U-Th-Pb microanalysis of amphibolite-to-granulite facies zircons: Geochronology of the Ivrea Zone (Southern Alps). Contrib. Mineral. Petrol. 134, 380-404.

62. Vermeesch P. (2004) How many grains are needed for a provenance study? Earth Planet. Sci. Lett. 224, 351-441.

63. Wiedenbeck M., Alle, P., Corfu F., Griffin W.L., Meier M., Oberli F., von Quadt A., Roddick J.C., Spiegel W. (1995) Three natural zircon standards for U-Th-Pb, Lu-Hf, trace element and REE analyses. Geostand. Newsl. 19, 1-23.

64. Williams I.S. (2001) Response of detrital zircon and monazite, and their U-Pb isotopic systems, to regional metamorphism and host-rock partial melting, Cooma Complex, southeastern Australia. Aust. J. Earth Sci. 48, 557-580.