Petrogenesis and tectonic settings of the formation of high-k granites (Western Sangilen, Tuva-Mongolian massif)
This study presents new data for the origin and conditions of the formation of high-K granitoids by the example of the rocks of the Ukhadag complex. It is widespread within the Western Sangilen on the northwestern margin of the Tuva-Mongolian massif. The main conclusions are based on the conducted structural and petrological studies, the study of the petrogeochemical composition of rocks and the composition of minerals, U-Pb isotope dating of rocks (zircons), and petrological modeling. The formation of granitoids took place in the period of 485 ± 2 Ma. This time period corresponds to the beginning of the late collisional stage in the evolution of the active margin of the Tuva-Mongolian massif, during which there was a large-scale shear extension and thinning of the crust, the formation of areas of increased permeability. The rocks of the Ukhadag complex are quartz syenites, granites and monzoleucogranites. They are high-potassium (SiO2 - 60.46-78.94 wt.%, K2O - 3.07-7.09 wt. %) A2-type porphyritic granites. According to the Yb content, the rocks are divided into two types: with high (> 1.8 ppm) and low (<1.8 ppm) values, which indicates garnet-bearing and garnet-free protolith substrates. The formation of the Ukhadag complex is assumed as a result of the remelting of the migmatite-granite Erzin complex. The results of petrological modeling showed that the melting of high-potassium rocks from migmatites is possible at a degree of melting from 10 to 45 %. The formation of quartz syenites is most likely associated with the melting of amphibolite horizons observed in the Erzin complex. Under the conditions of synmagmatic tectonic deformations, the most realistic is the model of fractional melting with the separation of portions of the newly formed melt after its formation, which led to an increase in incoherent elements (K, Rb, Cs, Ba) in the Ukhadag granites. The gabbroids and mingling dikes associated with the Ukhadag complex form an insignificant volume of hybridized rocks, which indicates a limited mass transfer on their part, which is insufficient for a significant change in the composition of silicic magmas of the entire volume of the Ukhadag complex. Gabbro-monzodiorites were a source of heat for melting the crustal substrate during the formation of the Ukhadag complex. The high temperatures of the newly formed melt are indicated by the increased contents of Zr and Hf in the Ukhadag granitoids, which are characteristic of the formation of A-granites from a quartzfeldspar substrate. In the settings of late collisional extension on the margin of the Tuva-Mongolian massif, the impact from the upper mantle at the turn of 485 Ma was limited to an active thermal effect, but it provided large-scale melting of high-K granites at the lower crustal levels.
Download file
Counter downloads: 68
Keywords
high-K granites, melting, collision, late collisional settings, Tuva-Mongolian massifAuthors
| Name | Organization | |
| Karmysheva Irina V. | Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences | iri@igm.nsc.ru |
| Vladimirov Vladimir G. | Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences | vvg@igm.nsc.ru |
| Kuibida Maxim L. | Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences | maxkub@igm.nsc.ru |
| Semenova Dina V. | Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences | sediva@igm.nsc.ru |
| Yakovlev Vladislav A. | Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences | yakovlevva@igm.nsc.ru |
References
Барабаш Н.В., Владимиров В.Г., Травин А.В., Юдин Ю.С. 40Ar/39Ar датирование деформаций трансформно-сдвигового этапа эволюции ранних каледонид Западного Сангилена (Юго-Восточная Тува) // Доклады Академии наук. 2007. Т. 414, № 2. С. 1-7
Владимиров А.Г., Изох А.Э., Поляков Г.В., Бабин Г.А., Мехоношин А.С., Крук Н.Н., Хлестов В.В., Хромых С.В., Травин А.В., Юдин Д.С., Шелепаев Р.А., Кармышева И.В., Михеев Е.И. Габбро-гранитные интрузивные серии и их индикаторное значение для геодинамических реконструкций // Петрология. 2013. Т. 21, № 2. C. 177-201
Владимиров А.Г., Крук Н.Н., Владимиров В.Г., Гибшер А.С., Руднев С.Н. Синкинематические граниты и коллизионносдвиговые деформации Западного Сангилена (Юго-Восточная Тува) // Геология и геофизика. 2000. Т. 41, № 3. С. 398-413
Владимиров А.Г., Пономарева А.П., Руднев С.Н. Интрузивный магматизм зоны перехода Западного и Центрального Сангилена (на примере бассейна р. Нарын) // Структурно-вещественные комплексы Юго-Восточной Тувы : сб. науч. тр. Новосибирск : ИГиГ СО АН СССР, 1989. С. 57-87
Владимиров В.Г., Владимиров А.Г., Гибшер А.С., Травин А.В., Руднев С.Н., Шемелина И.В., Барабаш Н.В., Савиных Я.В. Модель тектоно-метаморфической эволюции Сангилена (Юго-Восточная Тува, Центральная Азия) как отражение раннекаледонского аккреционно-коллизионного тектогенеза // Доклады РАН. 2005. Т. 405, № 1. C. 82-88
Владимиров В.Г., Кармышева И.В., Яковлев В.А. Две группы магматического минглинга (на примере ранних каледонид Западного Сангилена, Юго-Восточная Тува) // Корреляция алтаид и уралид: магматизм, метаморфизм, стратиграфия, геохронология, геодинамика и металлогения : материалы Третьей междунар. науч. конф. Новосибирск, 2016. С. 52-53
Владимиров В.Г., Кармышева И.В., Яковлев В.А., Травин А.В., Цыганков А.А., Бурмакина Г.Н. Термохронология минглинг-даек Западного Сангилена (ЮВ Тува): свидетельства развала коллизионной системы на северо-западной окраине Тувино-Монгольского массива // Геодинамика и тектонофизика. 2017. Т. 8, № 2. С. 283-310
Владимиров В.Г., Яковлев В.А., Кармышева И.В. Механизмы магматического минглинга в композитных дайках: модели диспергирования и сдвиговой дилатации // Геодинамика и тектонофизика. 2019. Т. 10, № 2. С. 325-345
Гибшер А.С., Владимиров А.Г., Владимиров В.Г. Геодинамическая природа раннепалеозойской покровно-складчатой структуры Сангилена (Юго-Восточная Тува) // Доклады Академии наук. 2000. Т. 370, № 4. С. 489-492
Гребенников А.В. Гранитоиды А-типа: проблемы диагностики, формирования и систематики // Геология и геофизика. 2014. Т. 55, № 9. С. 1356-1373
Карманова Н.Г., Карманов Н.С. Универсальная методика рентгенофлуоресцентного силикатного анализа горных пород на спектрометре ARL-9900XP. // Тезисы докладов VII Всероссийской конференции по рентгеноспектральному анализу. Новосибирск, 2011. C. 126
Кармышева И.В., Владимиров В.Г., Владимиров А.Г. Синкинематический гранитоидный магматизм Западного Санги-лена (ЮВ Тува) // Петрология. 2017. Т. 25, № 1. C. 92-118
Кармышева И.В., Владимиров В.Г., Шелепаев Р.А., Руднев С.Н., Яковлев В.А., Семенова Д.В. Баянкольская габбро-гранитная ассоциация: состав, возрастные рубежи, тектонические и геодинамические обстановки (Западный Сангилен, ЮгоВосточная Тува) // Геология и геофизика. 2019. Т. 60, № 7. С. 916-933
Кармышева И.В., Владимиров В.Г., Шелепаев Р.А., Яковлев В.А., Семенова Д.В. Габбро-гранитные ассоциации Западного Сангилена // Геология, магматизм и металлогения Центра Азии. 2018: Рудно-магматические системы Сангилена (щелочные интрузивы, карбонатиты) : материалы I Всерос. полевой конф. с междунар. участием. Кызыл, 2018. C. 39-43
Козаков И.К., Котов А.Б., Сальникова Е.Б., Ковач В.П., Натман А., Бибикова Е.В., Кирнозова Т.И., Тодт В., Кре-нер А., Яковлева С.З., Лебедев В.И., Сугоракова А.М. Возрастные рубежи структурного развития метаморфических комплексов Тувино-Монгольского массива // Геотектоника. 2001. № 3. C. 22-43
Козаков И.К., Сальникова Е.Б., Бибикова Е.В., Кирнозова Т.И., Котов А.Б., Ковач В.П. О полихронности развития палеозойского гранитоидного магматизма в Тувино-монгольском массиве: результаты U-Pb геохронологических датирований // Петрология. 1999. Т. 7, № 6. C. 631-643
Кузьмичев А.Б. Тектоническая история Тувино-Монгольского массива: раннебайкальский, позднебайкальский и раннекаледонский этапы. М. : ПРОБЕЛ-2000, 2004. 192 с
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 индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) // Геохимия. 2008. № 10. С. 1085-1091
Петрова А.Ю. Rb-Sr изотопная система метаморфических и магматических пород Западного Сангилена (Юго-Восточная Тува) : автореф. дис. ... канд. геол.-минерал. наук. М. : ИМГРЭ, 2001. 26 с
Петрографический кодекс России. Магматические, метаморфические, метасоматические, импактные образования. 3-е изд., испр. и доп. СПб. : ВСЕГЕИ, 2009. 200 с
Полянский О.П., Семенов А.Н., Владимиров В.Г., Кармышева И.В., Владимиров А.Г, Яковлев В.А. Численная модель магматического минглинга (на примере баянкольской габбро-гранитной серии, Сангилен, Тува) // Геодинамика и тектонофизика. 2017. Т. 8, № 2. С. 385-403
Пономарева А.П., Каргополов С.А., Киреев А.Д. Гранитоидный магматизм Западного Сангилена (к вопросу о генезисе S-и А-гранитов) // Геология и геофизика. 2001. Т. 42, № 6. С. 937-950
Семенова Д.В., Владимиров В.Г., Травин А.В., Кармышева И.В., Яковлев В.А., Алексеев Д.В. Термохронология коллизионных гранитоидов Матутского массива (Западный Сангилен, ЮВ Тува) // Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту) : материалы совещания. Иркутск : Институт земной коры СО РАН, 2018. Вып. 16. С. 238-239
Цыганков А.А. Позднепалеозойские гранитоиды Западного Забайкалья: последовательность формирования, источники магм, геодинамика // Геология и геофизика. 2014. Т. 55, № 2. С. 197-227
Шелепаев Р.А. Эволюция базитового магматизма Западного Сангилена (Юго-Восточная Тува) : автореф. дис. ... канд. ге-ол.-минерал. наук. Новосибирск, 2006. 16 с
Шелепаев Р.А., Егорова В.В., Изох А.Э., Зельтман Р. Коллизионный базитовый магматизм складчатого обрамления юга Сибири (Западный Сангилен, Юго-Восточная Тува) // Геология и геофизика. 2018. № 5. С. 653-672
Altherr R., Holl A., Hegner E., Langer C., Kreuzer H. High-potassium, calcalkaline I-type plutonism in the European Variscides: northern Vosges (France) and northern Schwarzwald (Germany) // Lithos. 2000. V. 50. P. 51-73
Andersen T. Correction of common lead in U-Pb analyses that do not report 204Pb // Chemical Geology. 2002. V. 192 (1-2). P. 5979
Barbarin B. A review of the relationships between granitoid types, their origins and their geodynamic environments // Lithos. 1999. V. 46. P. 605-626
Beard J.S., Lofgren G.E. Dehydration melting and water-saturated melting of basaltic and andesitic greenstones and amphibolites at 1,3 and 6,9 kbar // Journal of Petrology. 1991. V. 32. P. 365-401
Bergemann C., Jung S., Berndt J., Stracke A., Hauff F. Generation of magnesian, high-K alkali-calcic granites and granodiorites from amphibolitic continental crust in the Damara orogen, Namibia // Lithos. 2014. V. 198-199. P. 217-233
Bonin B. Do coeval mafic and felsic magmas in post-collisional to withinplate regimes necessarily imply to contrasting, mantle and crustal sources? A review // Lithos. 2004. V. 78. P. 1-24
Bonin B. A-type granites and related rocks: evolution of a concept, problems and prospects // Lithos. 2007. V. 97. P. 1-29
Bonin B., Azzouni-Sekkal A., Bussy F., Ferrag S. Alkali-calcic and alkaline post-orogenic (PO) granite magmatism: Petrogenetic constraints and geodynamic settings // Lithos. 1998. V. 45. P. 45-70
Boynton W.V. Cosmochemistry of the rare earth elements; meteorite studies // Rare earth element geochemistry / ed. by P. Henderson. Amsterdam : Elsevier, 1984. Р. 63-114
Brown M. Granite: from genesis to emplacement. // Geological Society of America Bulletin. 2013. V. 7 (8). P. 1079-1113
Carroll M.R., Wyllie P.J. The system tonalite-H2O at 15 kbar and the genesis of calc-alkaline magmas // American Mineralogist. 1990. V. 75. P. 345-357
Castro A. The source of granites: inferences from the Lewisian complex // Scottish Journal of Geology. 2004. V. 40. P. 49-65
Clemens J.D. Granitic magmatism, from source to emplacement: a personal view // Applied Earth Science. 2012. V. 121 (3). P. 107-136
Ferreira A.C.D., Dantas E.L., Fuck R.A. The previously missing c. 2.9 Ga high-K continental crust in West Gondwana revealed in Northeast Brazil // Terra Nova. 2021. V. 33. Р. 184-194. doi: 10.1111/ter.12504
Frost B.R., Barnes C.G., Collins W.J., Arculus R.J., Ellis D.J., Frost C.D. A geochemical classification for granitic rocks // Journal of Petrology. 2001. V. 42 (3). P. 2035-2048
Frost C.D., Frost B.R., Kirkwood R., Chamberlain K.R. The tonalite-trondhjemite-granodiorite (TTG) to granodiorite-granite (GG) transition in the late Archean plutonic rocks of the central Wyoming province // Canadian Journal of Earth Sciences. 2006. V. 43. P. 1419-1444
Girei M.B., Najime T., Ogunleye P.O. Geochemical characteristics and origin of the Neoproterozoic high-K calc-alkaline granitoids in the northern part of Mandara hills, northeastern Nigeria // Acta Geochimica. 2020. V. 39. P. 337-354
Gonzalez-Menendez L., Gallastegui G., Cuesta A., Montero P., Rubio-Ordonez A., Molina J.F., Bea F. Petrology and geochronology of the Porrino late-Variscan pluton from NW Iberia. A model for post-tectonic plutons in collisional settings // Geologica Acta. 2017. V. 15, No. 4. P. 283-304
Griffin W., Powell W., Pearson N., O'Reilly S. GLITTER: Data reduction software for laser ablation ICP-MS // Mineralogical Association of Canada Short Course Series. 2008. P. 308-311
Hildreth W., Moorbath S. Crustal contribution to arc magmatism in the Andes of Central Chile // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1988. V. 98. P. 455-489
Karmysheva I.V., Vladimirov V.G., Vladimirov A.G., Shelepaev R.A., Yakovlev V.A., Vasyukova E.A. Tectonic position of mingling dykes in accretion-collision system of Early Caledonides of West Sangilen (South-East Tuva, Russia) // Geodinamics & Tectonophysics. 2015. V. 6, Is. 3. P. 289-310
Karmysheva I., Vladimirov V., Rudnev S., Yakovlev V., Semenova D. Syntectonic metamorphism of a collisional zone in the Tuva-Mongolian massif, Central Asian Orogenic belt: P-T conditions, U-Pb ages and tectonic setting // Journal of Asian Earth Sciences. 2021. V. 220. 104919
Karsli O., Dokuz A., Uysal I., Aydin F., Chen B., Kandemir R., Wijbrans J. Relative contributions of crust and mantle to generation of Campanian high-K calc-alkaline I-type granitoids in a subduction setting, with special reference to the Harsit Pluton, Eastern Turkey // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2010. V. 160. P. 467-487
Kemp A.I.S., Wormald R.J., Whitehouse M.J., Price R.C. Hf isotopes in zircon reveal contrasting sources and crystallization histories for alkaline to peralkaline granites of Temora, southeastern Australia // Geology. 2005. V. 33. P. 797-800
King P.L., Chappell B.W., Allen C.M., White A.J.R. Are A-type granites the high-temperature felsic granites? Evidence from fractionated granites of the Wangrah Suite // Australian Journal of Earth Sciences. 2001. V. 48. P. 501-514
Le Maitre R.W., Bateman P., Dudek A. et al. A classification of igneous rocks and a glossary of terms. Oxford : Blackwell Scientific Publications, 1989. 193 p
Li S., Wilde S.A., Wang T. Early Permian post-collisional high-K granitoids from Liuyuan area in southern Beishan orogen, NW China: Petrogenesis and tectonic implications // Lithos. 2013. V. 179. P. 99-119
Liegeois J.P., Navez J., Hertogen J., Black R. Contrasting origin of post-collisional high-K calc-alkaline and shoshonitic versus alkaline and peralkaline granitoids. The use of sliding normalization // Lithos. 1998. V. 45. P. 1-28
Ludwing K. User's Manual for Isoplot 3.00. A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel. Berkeley : Berkeley Geochronology Center, 2003
Maniar P.D., Piccoli P.M. Tectonic discrimination of granitoids // Geological Society of America Bulletin. 1989. V. 101. Р. 635643
Moyen J.F., Martin H., Jayananda M., Auvray B. Late Archaean granites: a typology based on the Dharwar Craton (India) // Precambrian Research. 2003. V. 127. P. 103-123
O'Connor J.T. A classification for quartz-rich igneous rocks based on feldspar ratios // U.S Geological Survey Professional Paper. 1965. V. 525B. P. 79-84
Pearce J.A., Harris N.B.W., Tindle A.G. Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of granitic rocks // Journal of Petrology. 1984. V. 25, No. 4. P. 956-983
Rapp R.P., Watson E.B. Dehydration melting of metabasalt at 8-32 kbar: implications for continental growth and crust-mantle recycling // Journal of Petrology. 1995. V. 36. P. 891-931
Roberts M.P., Clemens J.D. Origin of high-potassium, calc-alkaline, I-type granitoids // Geology. 1993. V. 21. P. 825-828
Rottura A., Bargossi G.M., Caggianelli A., Del Moro A., Visona D., Trann C.A. Origin and significance of the Permian high-K calc-alkaline magmatism in the central-eastern Southern Alps, Italy // Lithos. 1998. V. 45. P. 329-348
Singh J., Johannes W. Dehydration melting of tonalites. Part II.Composition of melts and solids // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1996. V. 125. P. 26-44
Sisson T.W., Ratajeski K., Hankins W.B., Glazner A.F. Voluminous granitic magmas from common basaltic sources. Contributions to Mineralogy and Petrology. 2005. V. 148. P. 635-661
Skjerlie K.P., Patino Douce A.E., Johnston A.D. Fluid absent melting of a layered crustal protolith: implications for the generation of anatectic granites // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1993. V. 114. P. 365-378
Slama J., Kosler J., Condon D.J., Crowley J.L., Gerdes A., Hanchar J.M., Horstwood M.S.A., Morris G.A., Nasdala L., Norberg N., Schaltegger U., Schoene N., Tubrett M.N., Whitehouse M.J. Plesovice zircon - a new natural reference material for U-Pb and Hf isotopic microanalysis // Chemical Geology. 2008. V. 249, No. 1-2. P. 1-35
Sylvester P.J. Post-collisional alkaline granites // The Journal of Geology. 1989. V. 97, No. 3. P. 261-280
Taylor S.R., McLennan S.M. The continental crust: its evolution and composition. London : Blackwell, 1985. 312 p
Topuz G., Altherr R., Siebe W., Schwarz W.H., Zack T., Hasozbek A., Barth M., Satir M., Sen C. Carboniferous high-potassium I-type granitoid magmatism in the Eastern Pontides: the Gumus, hane pluton (NE Turkey) // Lithos. 2010. V. 116. P. 92-110
Topuz G., Candan O., Zack T., Chen F., Li Q.-L. Origin and significance of Early Miocene high-potassium I-type granite plutonism in the East Anatolian plateau (the Taslicav intrusion) // Lithos. 2019. V. 348-349. 105210
Turnbull R., Tulloch A., Ramenazi J., Jongens R. Extension-facilitated pulsed S-I-A-type “flare-up” magmatism at 370Ma along southeast Gondwana margin in New Zeland: Insights from U-Pb geochronology and geochemistry // Geological Society of America Bulletin. 2016. V. 128 (9/10). P. 1500-1520
Watkins J.M., Clemens J.D., Treloar P.J. Archaean TTGs as sources of younger granitic magmas: melting of sodic metatonalites at 0.6-1.2 GPa // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2007. V. 154. P. 91-110
Whalen J.B., Currie K.L., Chappell B.W. A-type granites: geochemical characteristics, discrimination and petrogenesis // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1987. V. 95. P. 407-419
Zhu R.-Z., Lai S.-C., Qin J.-F., Santosh M., Zhao S., Zhang E., Zong C., Zhang X., Xue Y. Genesis of high-potassium calc-alkaline peraluminous I-type granite: New insights from the Gaoligong belt granites in southeastern Tibet Plateau // Lithos. 2020. V. 354-355. 105343
Petrogenesis and tectonic settings of the formation of high-k granites (Western Sangilen, Tuva-Mongolian massif) | Geosphere Research. 2022. № 1. DOI: 10.17223/25421379/22/1
Download full-text version
Counter downloads: 229