Tonalite-trondjemite-granodiorite formation of the Archaean. Special features of composition and conditions of formation, Ukrainian Shield as an example

О.В. Усенко

doi:10.24028/gzh.0203-3100.v43i1.2021.225541

Автор(и)

О.В. Усенко Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України, Україна

DOI:

https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v43i1.2021.225541

Анотація

Тоналіт-трондьєміт-гранодіоритовая (ТТГ) формація утворює основний обсяг кислих порід континентальної кори. Подібні породи не трапляються пізніше. Тому питання, що стосуються утворення формації, безпосередньо пов’язані з проблемою формування кори і мантії. Розглянуто будову архейської ТТГ формації граніто-гнейсової частини Бузького мегаблока і граніт-еленокам’яної частини Середньопридніпровського мегаблока (СПМБ) Українського щита. Встановлено подібні риси і відмінності. Аналіз цих даних дав змогу автору дійти висновку, що в СПМБ, Західному Приазов'ї і Хащувато Заваллівському блоці Середнього Побужья проявлені події формування архейської граніт-зеленокам’яної області, однак ці три структури щита демонструють різний рівень ерозійного зрізу, який відображений у РТ-умовах метаморфічних перетворень. Породи ТТГ формації є частиною складнопобудованої товщі, яка виникла внаслідок просочування (мігматізаціі) кварц-альбітовим розплавом первинної кори і/або давніших товщ переважно основного складу. У середній—нижній корі відбувалося часткове заміщення порід первинної кори, у верхній — нашарування нових порцій розплаву на раніші, діапіризм гранітних мас і мігматизація вулканогенної товщі. Протягом архею ці події повторювалися багаторазово, що спричинило часткове заміщення плагіогранітів первинної кори. Розглянуто сучасні уявлення про процеси, під час яких утворилися граніти ТТГ формації. Показано, що згідно з тепловою моделлю крива розподілу температур з глибиною не перетинає лінію водного солідусу базальту. Тому поява гранітних розплавів не може бути наслідком занурення на великі глибини (ультраметаморфізма). Хронологічний і генетичний зв'язок з мантійними витопленнями, з яких кристалізуються коматіїти і спіліти зеленокам’яних структур, передбачає конвективні течії в мантії. Для пояснення утворення тоналітового і трондьємітового розплаву використано модель дворівневої кристалізаційної диференціації ультраосновного розплаву. Однак прояв заміщення первинного базальту кори в такому обсязі та асиміляція коренів зеленокам’яних структур гранітним розплавом можливі лише за взаємодії мантійних флюїдів з породами первинної кори. Зроблено припущення, що склад частини з цих флюїдів міг бути близький до складу граніту (трондьєміту). На думку автора, подібне припущення підтверджує гіпотезу В. Гріффіна і Н. Пірсона про те, що кристалічна мантія була сформована на межі архею і протерозою.

Посилання

Bobrov, O.B., Stepanyuk, L.M., Sergeev, S.A., & Presnyakov, S.L. (2008). Metatonalytes of the Dnipropetrovsk complex and age stages of their formation (geological position, composition, results of Shrimp radiology). Zbirka naukovykh prats' UkrDHRI, (1), 9—24 (in Ukrainian).

Venidiktov, V.M. (1986). Polycyclic development of granulite facies. Kiev: Naukova Dumka, 268 p. (in Russian).

Vrevskiy, A.B., Lobach-Zhuchenko, S.B., Che¬kulaev, V.P., Kovalenko, A.V., & Ares¬to¬va, N.A. (2010). Geological, petrological, isotopic, and geochemical constraints of geo¬dy¬namic models simulating formation of the Ar¬chean tonalite-trondhjemite-granodiorite associations in ancient cratons. Geotectonika, (4), 1—19 (in Russian).

Girnis, A.V., Ryabchikov, I.D., & Bogatikov, O.A. (1987). Genesis of komatiites and komatiite basalts. Moscow: Nauka, 120 p. (in Russian).

Gordienko, V.V. (2007). Advection-polymorphic hypothesis of deep processes in the tec¬to¬no¬sphere. Kiev: Corvin press, 170 p. (in Russian).

Usenko, I.S. (Ed.). (1985). Granulite facies of the Ukrainian Shield. Kiev: Naukova Dumka, 220 p. (in Russian).

Kondi, K. (1983). Archean greenstone belts. Mos¬cow: Mir, 390 p. (in Russian).

Korzhinskiy, D.S. (1976). Acid-base interaction of magma with transmagmatic fluids: Proc. of the International Geological Congress. XXV session. Geochemistry. Mineralogy. Petrology (pp. 320—328). Moscow: Nauka (in Russian).

Kutas, R.I. (2008). Thermal evolution and formation of the Precambrian crust. Collection of scientific works: Evolution of Precambrian granitoids and related minerals in connection with the Earth's energy and stages of its tectonic-magmatic ac¬tivation (pp. 90—96). Kyiv: UkrDGRI (in Rus¬sian).

Lobach-Zhuchenko, S.B. (2014). Ancient cratons — age, structure, composition, geodynamics. Mineralohichnyy zhurnal, 36(2), 61—70 (in Russian).

Lobach-Zhuchenko, S.B., Balaganskiy, V.V., Bal¬ty¬baev, Sh.K., Stepanyuk, L.M., Po¬no¬ma¬ren¬ko, A.N., Lokhov, K.I., Koreshkova, M.Yu., Yur¬chnenko, A.V., Egorova, Yu.S., Sukach, V.V., Be¬rezhnaya, N.G., & Bogomolov, E.S. (2013). The age of zircons from the enderbitic-gneis¬ses of the Middle Bug region (Dniester-Bug megablock of the Ukrainian Shield. Mineralohichnyy zhurnal, 35(4), 86—98 (in Russian).

Lobach-Zhuchenko, S.B., Baltybaev, Sh.K., Glebovitskiy, V.A., Sergeev, S.A., Lokhov, K.I., Egorova, Yu.S., Balaganskiy, V.V., Skublov, S.G., Galankina, O.L., & Stepanyuk, L.M. (2017). U-Pb-SHRIMP-II-age and origin of zircon from lherzolite of the Pobuzhsky Paleoarchean complex (Ukrainian shield). Doklady RAN, 477(5), 567—571. https://doi.org/10.7868/S0869565217350134 (in Russian).

Lobach-Zhuchenko, S.B., Kaulina, T.V., Ma¬rin, Yu.B., Yurchenko, A.V., Skublov, S.G., Ego¬ro¬va, Yu.S., Galankina, O.L., & Sergeev, S.A. (2019). Paleoarchean U-Pb (SIMS SHRIMP-II) age of mafic granulites of the Pobuzhsky complex of the Ukrainian Shield. Doklady RAN, 484(3), 344—347. https://doi.org/10.31857/S0869-56524843344-347.

Lobach-Zhuchenko, S.B., Kaulina, T.V., Su¬kach, V.V., Yurchenko, A.V., Baltybaev, Sh.K., & Balaganskiy, V.V. (2015). The oldest granulites of the Ukrainian shield, Pobuzhsky granulite complex. Naukovyy visnyk Natsionalnoho hir¬ny¬choho universytetu, (1), 21—27 (in Russian).

Marakushev, A.A., & Bobrov, A.V. (2005). Me¬ta¬mor¬phic petrology. Moscow: Moscow State University Publishing House, 256 p. (in Rus¬sian).

Usenko, I.S. (Ed.). (1982). Metamorphism of the Ukrainian Shield. Kiev: Naukova Dumka, 308 p. (in Russian).

Orsa, V.I. (1988). Granite formation in the Pre¬camb¬ri¬an of the Middle Dnieper granite-greenstone re¬gion. Kiev: Naukova Dumka, 202 p. (in Russian).

Perchuk, L.L. (1997). Deep fluid flows and the birth of granite. Sorosovskiy obrazovatel'nyy zhurnal, (6), 56—63 (in Russian).

Ponomarenko, O.M. (Ed.). (2011). Petrology and geochemistry of black kitoids of the Ukrainian Shield. Kyiv: Naukova Dumka, 216 p. (in Ukrainian).

Purtov, V.K., Anfilogov, V.N., & Egorova, L.G. (2002). Interaction of basalt with chloride solutions and the mechanism of formation of acidic melts. Geokhimiya, (10), 1084—1097 (in Russian).

Ryabchikov, I.D. (1982). Fluid mass transfer and mantle magma formation. Vulkanologiya i seysmologiya, (5), 3—9 (in Russian).

Stepanyuk, L.M. (1996). Crystallogenesis and age of zircons from rocks of the mafic-ultramafic association of the Middle Bug region. Mineralohichnyy zhurnal, 18(4), 10—19 (in Russian).

Stepanyuk, L.M., Skobelev, V.M., Dovbush, T.I., & Ponomarenko, O.M. (2004). Uranium-lead isotopic age of monazite and clastogenic zircon from quartzite of the Koshara-Alexander world — age limits of formation of rocks of the Bug series. Zbirnyk naukovykh prats UkrDHRI, (2), 43—50 (in Ukrainian).

Esipchuk, K.E. (Ed.). (1985). Precambrian stratigraphic sections of the Ukrainian Shield. Kiev: Naukova Dumka, 168 p. (in Russian).

Sukach, V.V. (2014). Mesoarchean greenstone structures of the Middle Dnieper region of the Ukrainian Shield: stratigraphic sections, material composition and age correlation. Mineralohichnyy zhurnal, 36(2), 77—91 (in Rus¬sian).

Usenko, O.V. (2019). Geodynamic process and fluid regime of the Archean. Palmarium Academic Pulishing, 112 c. (in Russian).

Usenko, O.V. (2014). Formation of melts: geo¬dy¬namic process and physicochemical in¬ter¬ac¬tions. Kiev: Naukova Dumka, 240 p. (in Rus¬sian).

Shatskiy, V.S., Buzlukova, L.V., Yagoutts, E., Kozmenko, O.A., & Mityukhin, S.I. (2005). Struc¬ture and evolution of the lower crust of the Daldyn-Alakit region of the Yakut diamondiferous province (according to the study of xenoliths). Geologiya i geofizika, 46(12), 1273—1289 (in Russian).

Shinkarev, I.F., & Ivannikov, V.V. (1983). Physical and chemical petrology of igneous rocks. Leningrad: Nedra, 271 p. (in Russian).

Shumlyanskiy, L.V. (2012). Geochemistry of py¬ro¬xene plagiogenesis (enderbits) of Po¬bu¬zhye and isotopic composition of hafnium in zircons. Mineralohichnyy zhurnal, 34(2), 64—79 (in Russian).

Shcherbak, N.P., Artemenko, G.V., Lesnaya, I.M., & Ponomarenko, A.N. (2005). Geochronology of the Early Precambrian of the Ukrainian Shi¬eld. Archaea. Kiev: Naukova Dumka, 244 p. (in Rus¬sian).

Shcherbak, N.P., Artemenko, G.V., Lesnaya, I.M., Ponomarenko, A.N., & Shumlyanskiy, L.V. (2008). Geochronology of the Early Precambrian of the Ukrainian Shield. Proterozoic. Kiev: Nau¬kova Dumka, 240 p. (in Russian).

Shcherbak, N.P., & Artemenko, G.V. (2014). Geo¬chronology and geodynamics of the Archean megablocks of the Ukrainian Shield. Mineralohichnyy zhurnal, 36(2), 7—17 (in Russian).

Shcherbakov, I.B. (2005). Petrology of the Ukrainian Shield. Lvov: ZuKTs, 366 p. (in Russian).

Arth, J.G., Barker, F., Peterman, Z.E., & Friedman, I. (1978). Geochemistry of the gabbro-diorite-tonalite-trondjemite suite of southwest Finland and its implications for the origin of tonalitic and trondiemitic magmas. Journal of Petrology, 19(2), 289—316. https://doi.org/10.1093/petrology/19.2.289.

Belousova, E.A., Kostitsyn, Y.A., Griffin, W.L., Begg, G.C., O'Reilly, S.Y., & Pearson, N.J. (2010). The growth of the continental crust: cons¬traints from zircon Hf-isotope data. Lithos, 119(3-4), 457—466. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2010.07.024.

Carlson, R.W., Pearson, D.G., & James, D.E. (2005). Physical, chemical and chronological characteristics of continental mantle. Reviews of Geophysics, 43, RG1001, 1—24. http://doi.org/10.1029/2004RG000156.

Сondie, K.C. (2011). Earth and evolving planetary system. Elsevier, 574 p.

Ernst, R.E., & Buchan, K.L. (2003). Recognizing mantle plumes in the geological record. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 31, 469—523. https://doi.org/10.1146/annurev.earth.31.100901.145500.

Glikson, A.Y. (1972). Early Precambrian evidence of a primitive oceani crust and island nuclei of codic granite. Geological Society of America Bulletin, 83, 3323—3334. https://doi.org/10.1130/0016-7606(1972)83[3323:EPEOAP]2.0.CO;2.

Griffin, W., Belousova, E., O'Neill, C., O'Reilly, S.Y., Malkovets, V., Pearson, N., Spetsius, S., & Wilde, S. (2014). The world turns over: Ha¬de¬an-Archean crust-mantle evolution. Li¬thos, 189, 2—15. https://doi.org/10.1016/j.li-thos.2013.08.018.

Gudfinnsson, G.H., & Presnal, D.C. (2005). Con¬ti¬nu¬оus gradations among primary carbonatic, melilitic, basaltic, picritic, and komatiitic melts in equilibrium with garnet lherzolite at 3—8 GPa. Journal of Petrology, 46(8), 1645—1659. https://doi.org/10.1093/petrology/egi029.

Hawkesworth, C.J., & Kemp, A.I.S. (2006). Evolution of the continental crust. Nature, 443, 811—817. https://doi.org/10.1038/nature05191.

Isley, A.E., & Abbott, D.H. (2002). Implication of the temporal distribution of high-Mg magmas for mantle plume volcanism through time. The Journal of Geology, 110(2), 141—158. https://doi.org/10.1086/338553.

Jakobsson, S., & Holloway, J.R. (2008). Mantle melting in equilibrium with an IronWüstiteGraphite buffered COH-fluid. Contributions to Mineralogy and Petrology, 155, 247—256. https://doi.org/10.1007/s00410-007-0240-6.

Lobach-Zhuchenko, S.B., Kaulina, T.V., Bal¬ty¬ba¬ev, S.K., Balagansky, V.V., Egorova, Yu.S., Lo¬khov, K.I., Skublov, S.G., Sukach, V.V., Bo¬gomolov, E.S., Stepanyuk, L.M., Ga¬lan¬kina, O.L., Berezhnaya, N.G., Kapitonov, I.N., Antonov, A.V., Sergeev, S.A. (2016). The long (3.7—2.1 Ga) and multistage evolution of the Bug Granulite-Gneiss Complex, Ukrainian Shield, based on the SIMS U-P bages and geochemistry of zircons from a single sample.. In J. Halla, M.J. Whitehouse, T. Ahmad, Z. Bagai (Еds.), Crust-Mantle Interactions and Granitoid Diversification: Insights from Archaean Cratons (Vol. 449, pp. 175—206). Geol. Soc., London, Spec. Publ. http://doi.org/10.1144/SP449.3.

Lobach-Zhuchenko, S.B., Balagansky, V.V., Bal¬ty¬baev, Sh.K., Bibikova, E.V., Chekulaev, V.P., Yur¬chen¬ko, A.V., Arestova, N.A., Artemenko, G.V., Ego¬rova, Yu.S., Bogomolov, E.S., Sergeev, S.A., Skub¬lov, S.G., & Presnyakov, S.L. (2014). The Orekhov-Pavlograd Zone, Ukrainian Shield: Milestones of its evolutionary history and constraints for tectonic models. Precambrian Research, 252, 71—87. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2014.06.027.

Martin, H. (1994). Archean gray gneisses and the genesis of continental crust. In K.C. Condie (Ed.), Archean CrustalEvolution (pp. 205—260). Elsevier.

Meyer, C., Williams, I.S., & Compston, W. (1996).

Uranium-lead ages for lunar zircons-Evidence for a prolonged period of granophyre for¬ma¬ti¬on from 4.32 to 3.88 Ga. Meteoritics and Pla¬netary Sciences, 31, 370—387. https://doi.org/10.1111/j.1945-5100.1996.tb02075.x.

Moyen, J.-F., & Martin, H. (2012). Forty years of TTG research. Lithos, 148, 312—336. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2012.06.010.

Perchuk, A.L., & Morgunova, A.A. (2014). Variable P-T paths and HP—UHP metamorphism in a Precambrian terrane, Gridino, Russia: Pet¬ro¬lo¬gi¬cal evidence and geodynamic im¬pli¬ca¬ti¬ons. Gondwana Research, 25(2), 614—629. https://doi.org/10.1016/j.gr.2012.09.009.

Rapp, R.P., Watson, E.B., & Miller, C.F. (1991). Partial melting of amphibolite/eclogite and the origin of Archean trondhjemites and tonalities. Precambrian Research, 51(1-4), 1—25. https://doi.org/10.1016/0301-9268(91)90092-O.

Sobolev, A.V., Asafov, E.V., Gurenko, A.A., Arndt, N.T., Batanova, V.G., Portnyagin, M.V., Garbe-Schönberg, D., & Krasheninnikov, S.P. (2016). Komatiites reveal a hydrous Archaean deep-mantle reservoir. Nature, 531, 628—636. https://doi.org/10.1038/nature17152.

Springer, W., & Seck, H.A. (1997). Partial fusion of basic granulites at 5 to 15 kbar: implications for the origin of ТТG magmas. Contributions to Mineralogy and Petrology, 127, 127—154. https://doi.org/10.1007/s004100050263.

Walter, M.J. (2003). Melt Extraction and Com¬po¬sitional Variability in Mantle Lithospheres. Trea¬tise on Geochemistry, 2, 363—394. https://doi.org/10.1016/B0-08-043751-6/02008-9.

Wyllie, P.J. (1977). Effects of Н2О and СО2 on magma generation in the crust and mantle. Journal of the Geological Society, 134, 215—234. https://doi.org/10.1144/gsjgs.134.2.0215.