中部非洲淡色花岗岩(约1.0 Ga)的年代学、岩石地球化学特征、构造背景及其与成矿的关系.pdf
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1、中部非洲的传统中元古代基巴拉造山带内发育大量与花岗岩伟晶岩体系相关的金属矿产,尤其是以标志性的稀有金属(NbTaLi)、钨、锡和金等成矿作用为特色,成矿地质过程往往和罗迪尼亚超大陆聚合事件相对应。通常 认为,与成矿直接密切相关的花岗岩是新元古代早期的一套淡色花岗岩(G4 花岗岩),即含 Sn 花岗岩。G4 花岗岩过去通常被视作成矿母岩,长期以来受到广泛关注,但是前人的研究表明基巴拉带不同地区的 G4 花岗岩在野外判别标志、形成时限、地球化学特征等方面存在一定差异,导致对岩石类型、岩石成因及其产出的构造背景的认识还不统一。因此,笔者在系统收集、整理前人资料的基础上,详细总结 G4 花岗岩的野外岩
2、石类型、年代学研究、全岩地球化学数据及同位素等方面特征,初步探讨成岩成矿过程。结果显示,G4 花岗岩的源区物质以变泥质岩为主,岩浆形成方式主要是局部的部分熔融或深熔作用,并不像过去认为的那样来源于一个深部较大岩浆房的长期分异演化,而 G4 花岗岩的演化则与区域成矿作用存在直接关联。结合区域构造演化研究,推测 G4 花岗岩可能形成于基巴拉造山作用的同碰撞后碰撞阶段。关键词:中元古代基巴拉造山带;G4 花岗岩;成矿母岩;深熔作用中图分类号:P581;P597文献标志码:A文章编号:1009-6248(2023)05-0001-19Geochronology,Petrogeochemical Cha
3、racteristics,Tectonic Setting of the Leucogranites(1.0 Ga)in Central Africa and Its Relationship with MineralizationWU Xingyuan1,2,LIU Xiaoyang1,2,ZHAO Xiaobo3,REN Junping1,2,XU Kangkang1,2,SUN Hongwei1,2,ZHOU Zuomin1,2,GONG Penghui1,2(1.Tianjin Center of China Geological Survey,Tianjin 300170,China
4、;2.North China Center for Geoscience Innovation,China Geological Survey,Tianjin 300170,China;3.Geological Exploration Institute of Shandong Zhengyuan,China Metallurgical Geology Bureau,Jinan 250013,Shandong,China)Abstract:A large number of mineral resources related to granitepegmatite system that ar
5、e found in the tradi-tional Mesoproterozoic Kibaran belt in Central Africa,especially characterized by the distinctive mineralizationof rare metals(NbTaLi),tungsten,tin and gold.The metallogenic events can be associated with the process of 收稿日期:2023-03-14;修回日期:2023-04-25;责任编辑:吕鹏瑞基金项目:国家自然科学基金项目“花岗伟晶
6、岩岩浆热液演化及成岩成矿机制研究:以卢旺达 Gatumba 地区稀有金属花岗伟晶岩为例”(42003041),商务部援外项目“援卢旺达地质矿产调查”(jsyz20180051)联合资助。作者简介:吴兴源(1985),男,硕士,高级工程师,主要从事岩石地球化学及矿床学研究。Email:。第 56 卷 第 5 期西 北 地 质Vol.56No.52023 年(总 231 期)NORTHWESTERN GEOLOGY2023(Sum231)Rodinia amalgamation.Most of these mineral occurrences are linked to the early Ne
7、oproterozoic G4leucogranitic intrusions,also termed“tin(bearing)granites”.G4 granites have been extensively scrutinisedbecause they are considered as the parental rocks to the ore mineralization in the region.The field identificationcriteria,timing,geochemical characteristics for G4 granites in diff
8、erent parts of Kibaran belt,however,havebeen shown to vary in previous studies.As a result,the type of rock,the petrogenesis of these parental granitesand the geodynamic context is still a matter of debate.Combined with the disparate nature of datasets in the liter-ature(e.g.field outcrops,petrograp
9、hy,geochronology,geochemistry and isotopes),the results show that thederivation of G4 granite is consistent with a metapelitic source,and these leucocratic granites could be consid-ered more like anatectic migmatites rather than actual highly fractionated granites formed by fractionation out oflarge
10、 magma chambers.It has been largely established via the research of diagenetic and metallogenic processesthat the protracted differentiation of G4 granites is the primary driver of diverse mineralization in the Kibaranbelt.Its hypothesized that the G4 granite was probably emplaced in the syncollisio
11、nal to postcollisional stageof Kibaran orogeny when considering the regional tectonic background.Keywords:Mesoproterozoic Kibaran belt;G4 granites;oreforming parent rock;anatectic melting 造山带中的淡色花岗岩或高分异花岗岩经常在时空上与花岗伟晶岩密切相关并构成花岗岩伟晶岩岩浆热液体系,这一体系中的伟晶岩和/或花岗岩通常以稀有金属成矿(Li、Rb、Be、Nb、Ta 等)为显著特征。此外,它们也被视作工业玻璃、陶
12、瓷和宝石(绿柱石、黄玉、电气石等)的唯一或者重要来源(ern etal.,2005;Glover et al.,2012;Shaw et al.,2016)。中部非洲地区的传统中元古代基巴拉造山带(Kibara Belt)形成于罗迪尼亚超大陆聚合时期(朱清等,2023),其中发育大量中元古代新元古代早期的过铝质花岗岩及与花岗岩伟晶岩相关的矿产,并以标志性的稀有金属(NbTaLi)、W、Sn 和 W 等成矿作用为特色,被称为基巴拉成矿省(Dewaele et al.,2011,2016;Pohl etal.,2013)。据现有资料可知,这一地区在过去已经累计 产出 80 万 t 锡 石(SnO2
13、)、3 万 t 铌 钽 铁 矿(50%Ta2O5)、3 万 t 黑钨矿(WO3)和 600 t 黄金,伴生有少量辉铋矿、辉钼矿、绿柱石和软锰矿等矿石(Pohl et al.,2013),历来都是中部非洲备受关注的经典研究区之一(Peeters,1956;Varlamoff,1969;Pohl et al.,1991;De-waele et al.,2008,2009;Van Daele et al.,2018)。通常认为,在基巴拉成矿省内部,与成矿直接相关的花岗岩是新元古代早期的淡色花岗岩(即所谓的G4 花岗岩),而 G4 花岗岩在刚果(金)、布隆迪和卢旺达等国家均有不同程度的出露,往往被认为
14、是区域上含稀有金属花岗伟晶岩的成矿母岩,同时也被证实与石英脉型 WSnAu 成矿作用具有密切的成因联系,因此长期以来获得了极大的关注(Cahen et al.,1979a,1979b;Gnther et al.,1989;Ikingura,1989;Tack et al.,2010;Goldmann et al.,2013;Hulsbosch et al.,2014,2016,2017;Lehmann et al.,2014)。然而,尽管过去数十年来前人已经对中部非洲地区的 G4 花岗岩开展了大量研究,包括 RbSr 测年、全岩/单矿物地球化学分析、包裹体测试等方面的工作,但是长期缺乏高精度的
15、UPb 同位素测年和 NdHf 同位素等高质量的地球化学数据支撑,总体上来看各个阶段的研究成果比较分散、不系统,再加上不同地区的 G4 花岗岩研究程度也不尽相同,导致对 G4 花岗岩的野外判别标志、形成时限、岩石类型、岩石成因以及产出的构造背景仍存在不同的认识(Ligeois et al.,1982;Lehmann et al.,1987;Pohl et al.,1991;Rumvegeri et al.,2004;Kokonyangi etal.,2006;Tack et al.,2010;Pohl et al.,2013;Debruyne etal.,2015),直 接 限 制 对 本 地
16、 区 与 花 岗 岩 有 关 的NbTaSnW 成矿体系的进一步理解。近年来,DeClercq 等(2021)和 Nambaje 等(2021a)基于对卢旺达境内的 G4 花岗岩开展的系统研究,就 G4 花岗岩的岩石类型特征、成因和形成的构造背景等问题提出一些不同于前人的新认识,从而对传统观点形成了挑战。鉴于此,笔者结合正在执行的国家自然科学基金青年基金项目及商务部援外项目的工作,对以往各个阶段关于 G4 花岗岩的文献、专著或学位论文等各方面资料进行了综合整理和概括总结,形成了 G4 花岗岩最新的研究进展,以期能为国内研究者开展花岗岩(花岗伟晶岩)相关矿产的中外对比研究提供一定的参考,并且为在
17、该地区进一步寻找相关类型矿产提供一定2西北地质NORTHWESTERN GEOLOGY2023 年的线索或启示。1区域地质背景传统的中元古代基巴拉造山带(Kibara Belt)是一个夹持于刚果克拉通、坦桑尼亚克拉通和班韦乌卢地块之间的楔形逆冲褶皱变形带(Tack et al.,2010),其走向总体呈北东北北东向,涵盖的地理范围从刚果(金)东南部、经过布隆迪和卢旺达,一直延伸到坦桑尼亚西北部和乌干达西南部,总长约为 1 500 km,最宽处可达 400 km(图 1)(Cahen et al.,1984;Brinckmann etal.,2001;Fernandez-Alonso et al
18、.,2012;Debruyne et al.,2015;刘晓阳等,2020;王杰等,2022),该造山带的构造演化通常被认为与 1.30.9 Ga 期间的罗迪尼亚超大陆聚合过程密切相关(Li et al.,2008;Villeneuve et al.,2019)。Tack 等(2010)以北东南西向延伸的古元古代 RusizianUbende 带为界,将最初定义的基巴拉带划分为卡拉戈维安科连带(KAB,北东段)和狭义的基巴 拉 带(KIB,南 西 段)。近 年 来,法 国 学 者 Vil-leneuve 等(2019,2022)进一步提出,在传统基巴拉带北段(卡拉戈维安科连带以西)还存在一个与
19、卡拉戈维安科连带同等级别的构造单元,并将其命名为基伍带(KVB)。然而,不管是卡拉戈维安科连带、狭义的基巴拉带亦或是基伍带,它们的主体都是由古元古代中元古代的变质碎屑沉积地层(包括石英岩、页岩及片岩等)夹少量变质火山岩构成,并且这些变质表壳岩常常被一系列同造山后造山期的 S 型花岗岩和基性岩侵入(图 1)(Cahen et al.,1984;Kokonyangi etal.,2001,2004,2006;Dewaele et al.,2016;De Clercq etal.,2021)。在狭义的基巴拉带中,Cahen 等(1984)基于花岗岩的变质变形程度和 RbSr 年龄研究结果,将该地区的
20、花岗质岩浆活动划分为 5 个不同的阶段(AEgroup),而侵入卡拉戈维安科连带的花岗岩则被划分成 4 个或 5 个期次(Gerards et al.,1970;Klerkx et al.,1984),并且逐渐形成了 G1G4 期花岗岩划分方案的主流认识(Cahen et al.,1979a)。在卡拉戈维安科连带中,G1 花岗岩往往是一些变形特征明显的大型岩基,其年龄大约为 1 375 Ma(Tack et al.,2010),基伍带的 G1 花岗岩(花岗片麻岩和变形花岗岩)侵位时代则约为(1 35050)Ma(Rumvegeri et al.,1990)。G2 花岗岩在卡拉戈维安科连带中被认
21、为是变形的 A 型花岗岩,其形成年代跨度较大(1 3601 260 Ma)(Ledent,1978;Ligeois et al.,1982;Tack et al.,1994);在狭义的基巴拉带中,G2 花岗岩则是定年结果约为(1 26515)Ma 的似斑状花岗闪长岩(Rumvegeri et al.,1990)。侵入卡拉戈维安科连带的 G3 花岗岩属于亚碱性的变形花岗岩,其年龄为 1 1111 220 Ma(Lavreau et al.,1982),基伍带中的 G3 花岗岩则是年龄约为(1 18969)Ma(Rumvegeri et al.,1990)的二长花岗岩。最晚期、也是最重要的一期花岗
22、岩就是通常所说的 G4 花岗岩,也叫淡色花岗岩或者含锡花岗岩,其定年结果显得较 中元古代造山带古元古代造山带太古宙克拉通受改造克拉通新元古代沉积基性-超基性杂岩花岗岩年轻盖层湖泊维多利亚湖大岩墙班韦乌卢 地块乌本迪带 坦桑尼亚 克拉通 刚果 克拉通 鲁济济带 马拉加拉西超群基伍带北东刚果 克拉通乌萨迦仁带N0200 km基巴拉带(狭义)卡拉戈维-安科连带卢菲利安弧伊鲁米德带图 1中部非洲传统基巴拉带区域地质简图(据 Debruyne et al.,2015 修改)Fig.1Simplified geological map of the Kibaran belt region,Central
23、Africa第 5 期吴兴源等:中部非洲淡色花岗岩(约 1.0 Ga)的年代学、岩石地球化学特征、构造背景及其与成矿的关系3 为分散,为 9501 020 Ma(Cahen et al.,1979a;Brinck-mann et al.,1983;Cahen et al.,1984;Dewaele et al.,2015)。虽然 G1G4 期花岗岩的划分方案长期以来已经深入人心,但它主要是基于较老的全岩或单矿物RbSr 法建立起来的,因而其精度和准确性都需要注意。随着研究的深入,在狭义的基巴拉带中,Kokonyangi 等(2004,2006)通过高精度的单颗粒锆石SHRIMP UPb 定年结
24、果提出这些花岗岩主要可以划分为 2 个期次,早期花岗岩(AD group 或 G1G3)的侵位时代约为(1 3818)Ma,而晚期花岗岩(E group或 G4)与 RbSr 测定的年龄相差不大。在卡拉戈维安科连带中,Tack 等(2010)通过锆石 SHRIMP UPb测年表明,前人划分的 G1G3 花岗岩实际上可以归并为 3 个期次,第一期是约 1 375 Ma 的双峰式岩浆组合(S 型花岗岩与同期的基性火山侵入岩),第二期是约 1 205 Ma 的 A 型花岗岩,第三期则是约 986 Ma的含 Sn 花 岗 岩(G4 花 岗 岩)。最 近,Villeneuve 等(2022)将基伍带中那
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