Evidence for polymetamorphic evolution of the Precambrian geological complexes of the Transangarian Yenisei Ridge | Geosphere Research. 2021. № 3. DOI: 10.17223/25421379/20/2

Evidence for polymetamorphic evolution of the Precambrian geological complexes of the Transangarian Yenisei Ridge

Metapelites of highly aluminous bulk compositions, containing all three Al2SiO5 minerals, from Teya and Garevka complexes in the Transangarian region of the Yenisei Ridge (the western margin of the Siberian craton) were studied to determine their metamorphic evolution and elucidate distinctive features of regional geodynamic processes. Here we present geological, structural,, mineralogical, petrological, and isotopic-geochronological evidence of their polymetamorphic history and employ P-T-t constraints on the development of these complexes to argue that the Al2SiO5 triple-point assemblages, in which all three Al2SiO5 minerals are in stable equilibrium, are not possible. In recent years, andalusite, kyanite, and sillimanite, which are constituents of high-alumina schists, have become increasingly important in practical terms for the production of aluminum oxide, silumin, and aluminum for the expansion of the raw material base in industry. The studied metamorphic complexes are heterogeneous in pressure, which is expressed in the manifestation of prograde regional metamorphism of two facies series and retrograde synexhumation metamorphism. The first stage occurred as a result of the Grenville-age orogeny during late Meso-early Neoproterozoic (1 050-850 Ma) and was marked by low-pressure zoned metamorphism of the And-Sil type with with a metamorphic field gradient of dT/dH = 25-35 °С/кт typical of orogenic belts. At the second stage, the rocks experienced middle Neoproterozoic (801-793 Ma) collision-related medium-pressure metamorphism with a local pressure increase near the thrust faults and only minor heating, suggesting a low gradient of dT/dH = 7-14 °С/км as a result of which the progressive replacement of And Ky ± Sil and the formation of new mineral associations and deformation structures. The final stage evolved as a synexhumation retrograde metamorphism (785-776 Ma) with dT/dH < 15 °C/km and recorded uplift of the rocks to upper crustal levels in shear zones. Principle differences in the direction of retrograde segments determining the summary trajectory of P-T-t paths are mainly controlled by mechanisms of exhumation in different geodynamic settings. Most rocks of the Teya Complex are characterized by clockwise P-T-t paths, while decompression cooling of the rocks of the Garevka Complex with counterclockwise movement is related to the rapid tectonic exhumation during extension and thinning of crust, which provide a sharp pressure drop in a still uncooled medium. Reaction microtextures, chemical zoning in minerals, radiometric dating as well as the Р-T trajectories of these rocks provide evidence for the polymetamorphic history of the aluminosilicate triple-point assemblages (containing all three Al2SiO5 minerals). The metapelites with highly aluminous bulk compositions in the Yenisei Ridge record overprinting of early mineral assemblages during subsequent thermal events. The triple-point positions reported in earlier studies resulted from polymetamorphism (asynchronous growth of the polymorphs), when all aluminium-silicate minerals grew at different times in the metamorphic history of the rock and hence cannot be regarded as true triple-point parageneses. The occurrence of all three Al2SiO5 minerals in individual rocks was interpreted to be due to reaction relations with microtextural evidence of one polymorph replacing another. We illustrate that the aluminum silicate triple-point assemblages, in which all three Al2SiO5 minerals are in stable equilibrium, are not possible in metapelitic rocks of wide range of chemical composition. Hence such purported triple-point assemblages cannot represent a stable association and cannot be used to calibrate or test geothermobarometers.

Download file

Counter downloads: 375

Keywords

P-T-t paths of metamorphic evolution, tectonic settings, Al-rich metapelites, Al₂SiO₅ minerals, Yenisei Ridge

Authors

Name	Organization	E-mail
Likhanov I.I.	V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS	likh@igm.nsc.ru
Reverdatto V.V.	V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS	rever@igm.nsc.ru

Всего: 2

References

Бабичев А.В., Ревердатто В.В., Полянский О.П. Лиханов И.И., Семенов А.Н. Теплогенерация за счет трения в сдвиговых зонах коры как фактор метаморфизма и анатексиса: результаты численного моделирования // Доклады Академии наук. 2019. Т. 486, № 6. С. 704-708

Егоров А.С. Глубинное строение и геодинамика литосферы северной Евразии (по результатам геолого-геофизического моделирования вдоль геотраверсов России). СПб. : ВСЕГЕИ, 2004. 199 c

Козлов П.С., Лиханов И.И., Ревердатто В.В., Зиновьев С.В. Тектоно-метаморфическая эволюция гаревского полимета-морфического комплекса Енисейского кряжа // Геология и геофизика. 2012. Т. 53, № 11. С. 1476-1496

Козлов П.С., Филиппов Ю.Ф., Лиханов И.И., Ножкин А.Д. Геодинамическая модель эволюции Приенисейской палеосубдукционной зоны в неопротерозое [западная окраина Сибирского кратона), Россия // Геотектоника. 2020. Т. 54, № 1. С. 62-78

Коробейников С.Н., Полянский О.П., Лиханов И.И., Свердлова В.Г., Ревердатто В.В. Математическое моделирование надвига как причины формирования андалузит-кианитовой метаморфической зональности в Енисейском кряже // Доклады Академии наук. 2006. Т. 408, № 4. С. 512-516

Кориковский С.П. Фации метаморфизма метапелитов. М. : Наука, 1979. 263 c

Лепезин Г.Г., Каргополов С.А., Жираковский В.А. Минералы группы силлиманита как новое перспективное сырье для алюминиевой промышленности России // Геология и геофизика. 2010. Т. 51, № 12. С. 1605-1617

Лиханов И.И. Минеральные реакции в высокоглиноземистых и железистых роговиках в связи с проблемой устойчивости редких минеральных парагенезисов контактового метаморфизма // Геология и геофизика. 2003. Т. 44, № 4. С. 305-316

Лиханов И.И. Метаморфические индикаторы геодинамических обстановок коллизии, растяжения и сдвиговых зон земной коры // Петрология. 2020а. Т. 28, № 1. С. 4-22

Лиханов И.И. Неустойчивость парагенезисов «тройной точки» Al2SiO5 как следствие полиметаморфизма высокоглиноземистых метапелитов // Петрология. 2020б. Т. 28, № 6. С. 610-627

Лиханов И.И., Ревердатто В.В. Нижнепротерозойские метапелиты Енисейского кряжа: природа и возраст протолита, поведение вещества при коллизионном метаморфизме // Геохимия. 2011. Т. 49, № 3. С. 239-267

Лиханов И.И., Ревердатто В.В. Геохимия, возраст и особенности петрогенезиса пород гаревского метаморфического комплекса Енисейского кряжа // Геохимия. 2014а. Т. 52, № 1. С. 3-25

Лиханов И.И., Ревердатто В.В. Р-Т-t эволюция метаморфизма в Заангарье Енисейского кряжа: петрологические и геодинамические следствия // Геология и геофизика. 2014б. Т. 55, № 3. С. 385-416

Лиханов И.И., Ревердатто В.В. Количественный анализ массопереноса при полиметаморфизме метапелитов Заангарья Енисейского кряжа // Геология и геофизика. 2016. Т. 57, № 8. С. 1527-1547

Лиханов И.И., Полянский О.П., Ревердатто В.В., Козлов П.С., Вершинин А.Е., Кребс М., Мемми И. Метаморфическая эволюция высокоглиноземистых метапелитов вблизи Панимбинского надвига (Енисейский кряж): минеральные ассоциации, Р-Т параметры и тектоническая модель // Геология и геофизика. 2001. Т. 42, № 8. С. 1205-1220

Лиханов И.И., Ревердатто В.В., Селятицкий А.Ю. Минеральные равновесия и Р-Т диаграмма для железистоглиноземистых метапелитов в системе KFMASH (K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O) // Петрология. 2005. Т. 13, № 1. C. 81-92

Лиханов И.И., Козлов П.С., Попов Н.В., Ревердатто В.В., Вершинин А.Е. Коллизионный метаморфизм как результат надвигов в заангарской части Енисейского кряжа // Доклады Академии наук. 2006. Т. 411, № 2. С. 235--239

Лиханов И.И., Козлов П.С., Полянский О.П., Попов Н.В., Ревердатто В.В., Травин А.В., Вершинин А.Е. Неопротерозойский возраст коллизионного метаморфизма в Заангарье Енисейского кряжа (по 40Ar-39Ar данным) // Доклады Академии наук. 2007. Т. 412, № 6. С. 799-803

Лиханов И.И., Ревердатто В.В., Вершинин А.Е. Железисто-глиноземистые метапелиты тейской серии Енисейского кряжа: геохимия, природа протолита и особенности поведения вещества при метаморфизме // Геохимия. 2008а. Т. 46, № 1. С. 20-41

Лиханов И.И., Ревердатто В.В., Козлов П.С., Попов Н.В. Коллизионный метаморфизм докембрийских комплексов в за-ангарской части Енисейского кряжа // Петрология. 2008б. Т. 16, № 2. С. 148-173

Лиханов И.И., Ревердатто В.В., Козлов П.С., Попов Н.В. Кианит-силлиманитовый метаморфизм докембрийских комплексов Заангарья Енисейского кряжа // Геология и геофизика. 2009. Т. 50. С. 1335-1356

Лиханов И.И., Ревердатто В.В., Козлов П.С. Коллизионные метаморфические комплексы Енисейского кряжа: особенности эволюции, возрастные рубежи и скорость эксгумации // Геология и геофизика. 2011а. Т. 52, № 10. С. 1593-1611

Лиханов И.И., Ревердатто В.В., Козлов П.С., Вершинин А.Е. Тейский полиметаморфический комплекс в Заангарье Енисейского кряжа - пример совмещенной зональности фациальных серий низких и умеренных давлений // Доклады Академии наук. 2011б. Т. 436, № 4. С. 509-514

Лиханов И.И., Ревердатто В.В., Козлов П.С. U-Pb и 40Ar-39Ar свидетельства гренвильских событий на Енисейском кряже при формировании Тейского полиметаморфического комплекса // Геохимия. 2012. Т. 50, № 6. С. 607-614

Лиханов И.И., Ревердатто В.В., Козлов П.С., Хиллер В.В. Реконструкция неопротерозойской метаморфической истории Заангарья Енисейского кряжа по данным Th-U-Pb датирования монацита и ксенотима в зональных гранатах // Доклады Академии наук. 2013а. Т. 450, № 3. С. 329-334

Лиханов И.И., Ревердатто В.В., Козлов П.С., Зиновьев С.В. Неопротерозойский дайковый пояс Заангарья Енисейского кряжа как индикатор процессов растяжения и распада Родинии // Доклады Академии наук. 2013б. Т. 450, № 6. С. 685-690

Лиханов И.И., Ревердатто В.В., Козлов П.С., Хиллер В.В., Сухоруков В.П. Зональность граната как следствие трех метаморфических событий в докембрийской истории Заангарья Енисейского кряжа // Петрология. 2013в. Т. 21, № 6. С. 612-631

Лиханов И.И., Ножкин А.Д., Ревердатто В.В., Козлов П.С. Гренвильские тектонические события и эволюция Енисейского кряжа, западная окраина Сибирского кратона // Геотектоника. 2014. Т. 48, № 5. С. 32-53

Лиханов И.И., Ножкин А.Д., Ревердатто В.В., Крылов А.А., Козлов П.С., Хиллер В.В. Метаморфическая эволюция ультравысокотемпературных железисто-глиноземистых гранулитов Южно-Енисейского кряжа и тектонические следствия // Петрология. 2016. Т. 24, № 4. С. 423-440

Лиханов И.И., Ножкин А.Д., Савко К. А. Аккреционная тектоника западной окраины Сибирского кратона // Геотектоника. 2018. Т. 52, № 1. С. 28-51

Лиханов И.И., Зиновьев С.В., Козлов П.С. Бластомилонитовые комплексы западной части Енисейского кряжа (Восточная Сибирь, Россия): геологическая позиция, эволюция метаморфизма и геодинамические модели // Геотектоника. 2021. T. 55, № 1. C. 41-65

Ножкин А.Д., Борисенко А.С., Неволько П.А. Этапы позднепротерозойского магматизма и возрастные рубежи золотого оруденения Енисейского кряжа // Геология и геофизика. 2011. Т. 52, № 1. С. 158-181

Ножкин А.Д., Туркина О.М., Маслов А.В., Дмитриева Н.В., Ковач В.П., Ронкин Ю.Л. Sm-Nd-изотопная систематика метапелитов докембрия Енисейского кряжа и вариации возраста источников сноса // Доклады Академии наук. 2008. Т. 423, № 6. С. 795-800

Ножкин А.Д., Дмитриева Н.В., Лиханов И.И., Серов П.А., Козлов П.С. Геохимические и изотопно-геохронологические свидетельства субсинхронного островодужного магматизма и терригенной седиментации [Предивинский террейн Енисейского кряжа) // Геология и геофизика. 2016. Т. 57, № 11. С. 1992-2014

Ревердатто В.В., Лиханов И.И., Полянский О.П., Шеплев В.С., Колобов В.Ю. Природа и модели метаморфизма. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2017. 331 c

Скляров Е.В. Механизмы эксгумации метаморфических комплексов // Геология и геофизика. 2006. Т. 47, № 1. С. 71-75

Скублов С.Г. Геохимия редкоземельных элементов в породообразующих метаморфических минералах. СПб. : Наука, 2005. 147 c

Ague J.J. Evidence for major mass transfer and volume strain during regional metamorphism of pelites // Geology. 1991. V. 19. P. 855-858

Ague J.J., Carlson W.D. Metamorphism as garnet sees it: the kinetics of nucleation and growth, equilibration, and diffusional relaxation // Elements. 2013. V. 9. P. 439-445

Beddoe-Stephens B. Pressures and temperatures of Dalradian metamorphism and the andalusite-kyanite transformation in the northeast Grampians // Scottish J. Geol. 1990. V. 26. P. 3-14

Bestel M., Gawronski T., Abart R., Rhede D. Compositional zoning of garnet porphyroblasts from the polymetamorphic Wolz Complex, Eastern Alps // Mineralogy and Petrology. 2009. V. 97. P. 173-188

Carey J.W., Rice J.M., Grover T.W. Petrology of aluminous schist in the Boehls Butte region of Northern Idaho: Geologic history and aluminumsilicate phase relations // American Journal of Science. 1992. V. 292. P. 455-473

Carlson W.D. Rates and mechanism of Y, REE, and Cr diffusion in garnet // American Mineralogist. 2012. 97. P. 1598-1618

Chatterjee N.D., Johannes W.S. Thermal stability and standard thermodynamic properties of synthetic 2M1-muscovite, KAl2Al3Si3O10(OH)2 // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1974. V. 48. P. 89-114

Corsini M., Bosse V., Feraud G. Exhumation processes during post-collisional stage in the Variscan belt revealed by detailed 40Ar/39Ar study (Tanneron Massif, SE France) // International Journal of Earth Sciences. 2010. V. 99. P. 327-341

Cutts K.A., Kinny P.D., Strachan R.A., Hand M., Kelsey D.E., Emery M., Friend C.R.L., Leslie A.G. Three metamorphic events recorded in a single garnet: Integrated phase modelling, in situ LA-ICPMS and SIMS geochronology from the Moine Supergroup, NW Scotland // Journal of Metamorphic Geology. 2010. V. 28. P. 249-267

Daniel C.G., Thompson A.G., Grambling J.A. Decompressional metamorphic P-T paths from kyanite-sillimanite-andalusite bearing rocks in North-Central New Mexico // Geological Society of America Annual Meeting-Abstracts with Program. 1992. V. 24. P. A264

Faryad S.W., Chakraborty S. Duration of Eo-Alpine metamorphic events obtained from multicomponent diffusion modeling of garnet: a case study from the Eastern Alps // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2005. V. 150. P. 306-318

Florence F.P., Spear F.S., Kohn M.J. P-T paths from northwestern New Hampshire: Metamorphic evidence for stacking in a thrust/nappe comple\\ // American Journal of Science. 1993. V. 293. P. 937-979

Gaides F., De Capitani C., Abart R., Schuster R. Prograde garnet growth along complex P-T-t paths: results from numerical experiments on polyphase garnet from the Wolz complex (Austroalpine basement) // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2008. V. 155. P. 673-688

Grover T.W., Rice J.M., Сarey J.W. Petrology of aluminous schists in the Boehls Butte region of Northern Idaho: Phase equilibria and P-T evolution // American Journal of Science. 1992. V. 292. P. 474-507

Haas H., Holdaway M.J. Equilibria in the system Al2O3-SiO2-H2O involving the stability limits of pyrophyllite, and thermodynamic data of pyrophyllite // American Journal of Sciences. 1973. V. 273. P. 348-357

Hietanen A. On the facies series in various types of metamorphism // Journal of Geology. 1967. V. 75. P. 187-214

Holdaway M.J. Stability of andalusite and the aluminum silicate phase diagram // American Journal of Sciences. 1971. V. 271. P. 97-131

Kerrick D.M. The Al2SiO5 polymorphs // Mineralogical Society of America. Reviews in Mineralogy. 1990. V. 22. P. 406

Kohn M.J., Orange D.L., Spear F.S., Rumble D.III, Harrison T.M. Pressure, temperature, and structural evolution of westcentral New Hampshire: hot thrusts over cold basement // Journal of Petrology. 1992. V. 33. P. 521-556

Kozlov P.S. Metamorphism, P-T-t conditions of formation, and prospects for the practical use of Al2O5 polymorphs, chloritoid, and staurolite [Yenisei Ridge) // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017. V. 110. Р. 012010

Le Breton N., Thompson A.B. Fluid-absent [dehydration) melting of biotite in metapelites in the early stages of crustal anatexis // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1988. V. 99. P. 226-237

Leech M.L., Stockli D.F. The late exhumation history of the ultrahigh-pressure Maksyutov Complex, south Ural Mountains, from new apatite fission track data // Tectonics. 2000. V. 19. P. 153-167

Likhanov I.I. Chloritoid, staurolite and gedrite of the high-alumina hornfelses of the Karatash pluton // International Geology Review. 1988. V. 30. P. 868-877

Likhanov I.I. Mass-transfer and differential element mobility in metapelites during multistage metamorphism of Yenisei Ridge, Siberia // Metamorphic Geology: Microscale to Mountain Belts // Geological Society. London, Special Publications, 2019. V. 478. P. 98-115

Likhanov I.I., Reverdatto V.V. Provenance of Precambrian Fe- and Al-rich metapelites in the Yenisey Ridge and Kuznetsk Alatau, Siberia: geochemical signatures // Acta Geologica Sinica (English Edition). 2007. V. 81. P. 409-423

Likhanov I.I., Reverdatto V.V. Precambrian Fe- and Al-rich pelites from the Yenisey Ridge, Siberia: geochemical signatures for protolith origin and evolution during metamorphism // International Geology Review. 2008. V. 50. P. 597-623

Likhanov I.I., Reverdatto V.V. Neoproterozoic collisional metamorphism in overthrust terranes of the Transangarian Yenisey Ridge, Siberia // International Geology Review. 2011. V. 53. P. 802-845

Likhanov I.I., Reverdatto V.V., Sheplev V.S., Verschinin A.E., Kozlov P.S. Contact metamorphism of Fe- and Al-rich graphitic metapelites in the Transangarian region of the Yenisey Ridge, eastern Siberia, Russia // Lithos. 2001. V. 58. P. 55-80

Likhanov I.I., Polyansky O.P., Reverdatto V.V., Memmi I. Evidence from Fe- and Al-rich metapelites for thrust loading in the Transangarian Region of the Yenisey Ridge, eastern Siberia // Journal of Metamorphic Geology. 2004. V. 22. P. 743-762

Likhanov I.I., Santosh M. Neoproterozoic intraplate magmatism along the western margin of the Siberian Craton: implications for breakup of the Rodinia supercontinent // Precambrian Research. 2017. V. 300. P. 315-331

Likhanov I.I., Santosh M. The “triple point” paradigm of aluminosilicates revisited // Geological Journal. 2020. V. 55 (6). P. 4772-4789

Likhanov I.I., Reverdatto V.V., Kozlov P.S., Khiller V.V., Sukhorukov V.P. P-T-t constraints on polymetamorphic complexes of the Yenisey Ridge, East Siberia: implications for Neoproterozoic paleocontinental reconstructions // Journal of Asian Earth Sciences. 2015. V. 113 (1). P. 391-410

Likhanov I.I., Regnier J.-L., Santosh M. Blueschist facies fault tectonites from the western margin of the Siberian Craton: Implications for subduction and exhumation associated with early stages of the Paleo-Asian Ocean // Lithos. 2018. V. 304-307. P. 468-488

Pattison D.R.M. Stability of andalusite and sillimanite and the Al2SiO5 triple point: constraints from the Ballachulish aureole // Scottish Journal of Geology. 1992. V. 100. P. 423-446

Pattison D.R.M. Instability of Al2SiO5 “triple point” assemblages in muscovite+biotite+quartz-bearing metapelites, with implications // American Mineralogist. 2001. V. 86. P. 1414-1422

Reche J., Martinez F.J., Arboleya M.L., Dietsch C., Briggs W.D. Evolution of a kyanite-bearing belt within a HT-LP orogen: the case of the NW Variscan Iberia // Journal of Metamorphic Geology. 1998. V. 16. P. 379-394

Reverdatto V.V., Likhanov I.I., Polyansky O.P., Sheplev V.S., Kolobov V.Y. The Nature and Models of Metamorphism. Cham : Springer, 2019. 330 p

Shaw D.M. Geochemistry of pelitic rocks. Part III: Major elements and general geochemistry // Geological Society of America Bulletin. 1956. V. 67. P. 913-934

Spear F.S. Relative thermobarometry and metamorphic P-T paths // Evolution of Metamorphic Belts / eds. by J.S. Daly, R.A. Cliff, B.W.D.Yardley // Geol. Soc. London Spec. Publ. 1989. V. 43. P. 63-82

Spear F.S. Metamorphic phase equilibria and pressure-temperature-time paths // Mineralogical Society of America. Washington, D.C., 1993. 799 p

Spear F.S., Kohn M.J., Cheney J.T., Florence F. Metamorphic, thermal, and tectonic evolution of central New England // Journal of Petrology. 2002. V. 43. P. 2097-2120

Spear F.S., Hickmott D.D., Selverstone J. Metamorphic consequences of thrust emplacement, Fall Mountain, New Hampshire // Geol. Soc. Am. Bull. 1990. V. 102. P. 1344-1360

Symmes G.H., Ferry J.M. The effect of whole-rock MnO content on the stability of garnet in pelitic schists during metamorphism // Journal of Metamorphic Geology. 1992. V. 10. P. 221-237

Thompson J.B., Jr. The graphical analysis of mineral assemblages in pelitic schists // American Mineralogist. 1957. V. 42. P. 842-858

van Westrenen W., Allan N.L., Blundy J.D., Lavrentiev M.Y., Lucas B., Purton J.A. Trace element incorporation into pyropegrossular solid solutions: an atomistic simulation study // Physics and Chemistry of Minerals. 2003. V. 30. P. 217-229

Whitney D.L. Coexisting andalusite, kyanite, and sillimanite: sequential formation of three Al2SiO5 polymorphs during progressive metamorphism near the triple point, Sivrihisar, Turkey // American Mineralogist. 2002. V. 87. P. 405-416

Whitney D.L., Evans B.W. Abbreviations for names of rock-forming minerals // American Mineralogist. 2010. V. 95. P. 185-187

Williams M.L., Karlstrom K.E. Looping P-T paths and high-T, low-P middle crustal metamorphism: Proterozoic evolution of the southwestern United States // Geology. 1996. V. 24. P. 1119-1122