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Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.25673/2365
Title: Regional aktive Fluidsysteme während der Kratonisierung im späten Archaikum Simbabwes und Paläoproterozoikum Ghanas - Flüssigkeitseinschlüsse als Bindeglied von Petrogenese, Tektogenese und der Metallogenese von Goldlagerstätten
Author(s): Schmidt-Mumm, Andreas
Granting Institution: Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Issue Date: 2000
Extent: Online Ressource, Text + Image
Type: Hochschulschrift
Language: German
Publisher: Universitäts- und Landesbibliothek Sachsen-Anhalt
URN: urn:nbn:de:gbv:3-000001097
Subjects: Elektronische Publikation
Zsfassung in engl. Sprache
Abstract: Im südöstlichen Simbabwe Kraton wurde ein Krustenbereich, bestehend aus einer typischen archaischen Granit - Grünsteingürtel Assoziation, mit geologischen und geochemischen Methoden bearbeitet. Ziel dieser Arbeiten war, mögliche Verbindungen der petrogenetischen und tektogenetischen Prozesse der Krustenbildung mit den Mineralisationsprozessen von Scherzonen-gebundenen Goldvorkommen in diesem Gebiet aufzudecken. Das Verbindungsglied dieser unterschiedlichen Prozesse stellt in dieser Bearbeitung die Analyse von Flüssigkeitseinschlüssen dar. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden verglichen mit einer Bearbeitung von Goldlagerstätten im Ashanti Vulkanitgürtel, Ghana. Abschließend wird ein prozeßorientiertes Modell zur Genese Scherzonen-gebundener Goldlagerstätten unter besonderer Berücksichtigung der in allen Fällen beobachteten, erhöhten Gasgehalte (CO2, CH4, N2) der mineralisierenden Fluide abgeleitet. Die monzogranitischen und granodioritischen Granitoide und Gneise der Wedza und Chilimanzi Suiten bilden großvolumige Intrusivkomplexe im südöstlichen Simbabwe Kraton, zwischen dem Mutare-Odzi-Grünsteingürtel und der Nördlichen Randzone des Limpopo Gürtels. Während für die älteren Einheiten dieser Komplexe (Wedza-Suite) eine syn-kinematische Platznahme anzunehmen ist, intrudierten die jüngeren Chilimanzi-Suite Serien post-kinematisch. Die interne Differenzierung der Hauptelemente beider Suiten folgt einem einfachen Verlauf der magmatischen Entwicklung. Der Vergleich mit älteren tonalitischen Intrusivgesteinen im Mutare Grünsteingürtel legt eine Magmenentwicklung von primitiven tonalitischen hin zu monzogranitischen Zusammensetzungen nahe. Die C1-Chondrit normierten Seltenerdelement (SEE) Muster der älteren, tonalitischen Gesteine verlaufen mit einer leichten konkaven Wölbung von etwa 100-facher Anreicherung der leichten zu nur 10-facher Anreicherung der schweren Elemente. Die SEE-Muster der Wedza Suite verlaufen von 300-400-facher Anreicherung der leichten zu 10-25-facher Anreicherung der schweren Elemente, hervorzuheben ist eine signifikante, negative Eu-Anomalie in den meisten Proben dieser Gesteinsserie. Der Verlauf der SEE-Muster der jüngeren Chilimanzi Suite ist deutlich steiler, von 100-400-facher Anreicherung der schweren zu 2-7-facher Anreicherung der leichten Elemente, eine negative Eu-Anomalie ist nicht oder nur schwach entwickelt. Im Vergleich hierzu verlaufen die SEE-Muster der enderbitischen Intrusivgesteine der Nördlichen Randzone des Limpopo Gürtels, die als zeitliches Äquivalent der Chilimanzi Suite angesehen werden von einer 40-105-fachen Anreicherung der schweren zu einer 2-10-fachen Anreicherung der leichten SEE, mit einer leicht positiven Eu-Anomalie. Gesamtgesteins Sm/Nd-Modellalter (2.90-3.2 Ga) gestatten keine Unterscheidung der Wedza und Chilimanzi Suiten. Die geringe Variation kann auf eine wiederholte Beteiligung juvenilen Mantelmaterials zurückgeführt werden. U/Pb-Multigrain Analysen von Zirkonen ergaben stark diskordante Alter von 2507+111/-97 Ma und 2585+36/-33 Ma für die Wedza und 2402+12/-11 Ma und 2448+350/-167 Ma für die Chilimanzi Suite. Für die Wedza Suite liegen diese Alter im Bereich der allgemein bekannten oberen Grenzwerte von ca. 2.6Ga. Für die Chilimanzi Suite stehen die "jungen" Alter jedoch im Widerspruch zum Intrusionsalter des Great Dyke, der ja in eine bereits konsolidierte Kruste intrudiert. Durch die regionale Analyse von Flüssigkeitseinschlüssen in Quarzen metamorpher und migmatitisch/pegmatitischer Bildung während der archaischen tektonothermalen Entwicklung konnten unterschiedliche, regional aktive, und sich teilweise miteinander mischende Fluidsysteme identifiziert werden. Die Untersuchung spät-hydrothermaler Gangmineralisationen erlaubt eine Abgrenzung dieser Fluidsysteme von jüngeren Mineralbildungen. Sowohl die metamorphen als auch die pegmatitisch/migmatitischen Quarze enthalten Flüssigkeitseinschlüsse die auf zwei unterschiedliche Quellen zurückzuführen sind. Die charakteristischen Merkmale dieser beiden Fluide, abgeleitet aus den Temperaturen der eutektischen Schmelze und den Schmelztemperaturen von Eis und Hydrohalit in wäßrigen sowie den Schmelztemperaturen der Gaseinschlüsse (CO2, CH4, N2), sind: - niedrig-salinare, durch monovalente (Na+, K+) Kationen dominierte wäßrige Lösungen mit unterschiedlichem, oft hohem Gasgehalt. (CO2>CH4>>N2). - hoch-salinare, wäßrige Lösungen komplexer Zusammensetzung, meist dominiert durch bivalente Kationen (Mg2+, Ca2+) aber auch Li+. Die Gasgehalte dieser Einschlüsse sind gering und variabel. Diese beiden Fluidtypen konnten in der Regel in allen untersuchten Proben identifiziert werden. Daneben finden sich jedoch auch jeweils Einschlüsse deren Zusammensetzung auf eine Mischung dieser beiden System-Endglieder zu unterschiedlichen Verhältnissen hinweist. Beide Endglieder und ihre Mischungen konnten auch in Flüssigkeitseinschlüssen in Quarz aus Gold-mineralisierten Scherzonen nachgewiesen werden. Hierbei fällt jedoch auf, daß sich die niedrig-salinaren Zusammensetzungen überwiegend in primären Einschlüssen, die hoch-salinaren Lösungen gehäuft in sekundären Einschlüssen konzentrieren. Ein weiterer gravierender Unterschied der Zusammensetzung von Einschlüssen in metamorphem und migmatitisch/pegmatitischem Quarz und dem aus Gold-mineralisierten Bereichen ist die deutlich Zunahme von Gas-haltigen und reinen Gas (CO2, CH4, N2) Einschlüssen innerhalb der Mineralisationen. Dieser Trend wird besonders deutlich in der Redwing / Rezende Lagerstätte (Goldproduktion gesamt: ca. 30t), ist als signifikant zu bewerten in der Pilgrim Lagerstätte (Goldproduktion gesamt ca. Die Ergebnisse der Fluid-Einschluß Untersuchungen im südöstlichen Simbabwe Kraton werden verglichen mit denen aus einigen großen, an Scherzonen gebundenen Goldlagerstätten im paläoproterozoischen Ashanti Vulkanitgürtel in Ghana (z.B. Ashanti Goldfields, Jahresproduktion derzeit ca. 30t Gold). Deutlichstes gemeinsames Merkmal dieser Lagerstätten ist die hohe Anzahl reiner Gaseinschlüsse (CO2 >> N2 > CH4) in Quarzen aus den mineralisierten Scherzonen. Demgegenüber finden sich in den meisten Fällen nur sehr vereinzelt Einschlüsse mit wäßrigen Phasen. Aufgrund dieses Befundes der charakteristischen Zusammensetzung der in Einschlüssen in den Mineralen der Goldmineralisationen enthaltenen Fluide, ist es naheliegend anzunehmen, daß der Goldanreicherung und der Zunahme Gas-reicher Einschlüsse in den mineralisierten Scherzonen ein gemeinsamer Prozeß zugrunde liegt. Im abschließenden Kapitel werden aus den Ergebnissen der Einschlußanalysen die Druck- und Temperaturbedingungen der Mineralbildung ermittelt und ein Mineralisationsmodell abgeleitet. Hierbei wird, abweichend von der allgemein üblichen Annahme statischer Mineralisationsbedingungen, ein Modell zugrundegelegt, daß die intensive Variation des Fluiddruckes in aktiven Scherzonen berücksichtigt. Die Ergebnisse demonstriert, daß die Druckschwankungen während des Mineralisationsprozesses innerhalb der lithostatischen und hydrostatischen Grenzwerte liegen. Der Mineralisationsprozess der Scherzonen-gebundenen Goldlagerstätten, der eine Konzentration über mehr als fünf Größenordnungen bedeutet, kann in drei Abschnitte unterteilt werden: - Lösung des Goldes aus dem Muttergestein mit Goldgehalten von ca. 5ppb, - fokussierte Migration der Lösung zur und entlang der Scherzone, - quantitative Fällung aus des Goldes unter den physikochemischen Bedingungen der Scherzone. Ein entscheidender Faktor in diesem Prozeß ist die Migrationsfähigkeit der mineralisierenden Fluide. Diese ist in erster Linie abhängig vom Benetzungswinkel (Θ) zwischen der fluiden Phase und den jeweiligen Mineralkörnern. Pervasive Migration ist demzufolge nur möglich bei Benetzungswinkeln Θ60°, wodurch eine pervasive Migration behindert wird. Aufgrund der intensiven Druckschwankungen in aktiven Scherzonen kommt es in den mineralisierenden, salinaren H2O+Gas-Mischfluiden zu einer Trennung in H2O-reiche und Gas-reiche Phasen. Während die Migrationsfähigkeit der H2O-reichen Phase aufgrund ihres geringen Benetzungswinkels erhalten bleibt, wird die durch die Phasentrennung entstandene, Gas-reiche Phase in Porenräumen festgehalten. Das Ergebnis dieses Prozesses sind an Gas-haltigen Einschlüssen reiche Gangminerale, wie sie durch die Flüssigkeitseinschluß-Untersuchungen nachgewiesen wurden.
A crustal section of the south-eastern Zimbabwe craton, composed of a typical granite-greenstone belt association, was investigated with geological and geochemical methods. The aim of the study was to relate the petrogenetic and tectogenetic processes of crustal formation to the mineralising processes of shear-zone hosted gold deposits in the area. The approach chosen to provide a link between these different processes, is the analysis of fluid inclusions. The results of the study are compared with an investigation carried out on gold deposits in the Ashanti volcanic belt, Ghana. In the conclusion a process-oriented model is derived for the genesis of shear-zone hosted gold deposits, which especially considers the observed increased gas content (CO2, CH4, N2) of the mineralising fluids. The monzogranitic and granodioritic granitoids and gneisses of the Wedza and Chilimanzi suites form large voluminous intrusive complexes in the south-eastern Zimbabwe craton, between the Mutare-Odzi greenstone belt and the Northern Marginal Zone of the Limpopo Belt. For the older units of these complexes (Wedza suite), a syn-kinematic emplacement has to be considered, the younger Chilimanzi suite series intruded post-kinematically. The internal differentiation of the major elements of both suites follow a simple course of magmatic evolution. Comparison with older tonalitic intrusives in the Mutare greenstone belt, suggests a magmatic evolution from primitive tonalitic towards monzogranitic compositions. C1-chondrite normative rare earth element (REE) distributions of older tonalitic rocks decrease from 100x enrichment for the light elements, to only 10x for the heavy elements, with a slight concave bend. REE of the majority of Wedza suite granitoids trend from 300-400x for the light elements to 10-25x C1-chondrite for the heavy elements, a negative Eu-anomaly is well developed in most samples. The slope of the REE distribution of Chilimanzi granitoids is distinctly steeper (100-400x to 2-7x C1-chondrite), and a negative Eu anomaly is only weakly developed. In comparison, REE distributions of the Chilimanzi-equivalent enderbitic intrusives of the Northern Marginal Zone (Limpopo Belt) gently slope from 40-105x to 2-10x C1-chondrite with a positive Eu-anomaly. Whole rock Sm/Nd-model ages (2.9-3.2 Ga) do not allow the distinction of the Wedza and Chilimanzi suite rocks. The small observed variation may indicate minor contribution of juvenile material. U/Pb isotopic multigrain analyses of zircons revealed highly discordant ages of 2507+111/-97 Ma and 2585+36/-33 Ma for the Wedza suite and 2402+12/-11 Ma and 2448+350/-167 Ma for the Chilimanzi suite. These ages confirm, within the errors, the intrusion age of about 2.6 Ga for the Wedza suite. However, the age of 2.4 Ga for the post-tectonic Chilimanzi suite conflicts with the timing of the Great Dike emplacement into an already consolidated crust. The regional fluid inclusion analyses in quartz of metamorphic and migmatitic/pegmatitic origins, formed during the Archean tectonothermal evolution, identified different, regionally active and partly mixed fluid systems. Investigation of late-hydrothermal dikes served to delimit these fluid systems from younger mineral forming events. The metamorphic, as well as the migmatitic/pegmatitic, quartz contain fluid inclusions related to two different sources. The characteristics of these two fluids, derived from temperatures of eutectic melting, from melting of ice and hydrohalite in aqueous inclusions, as well as from the melting temperatures of gaseous (CO2, CH4, N2) inclusions, are: - low-salinity aqueous fluids dominated by monovalent (Na+, K+) cations with variable, often high, gas content (CO2>CH4>>N2); - high-salinity aqueous solutions of complex composition, commonly dominated by bivalent cations (Mg2+, Ca2+) but also containing Li+. Gas content of these inclusions is low and inconsistent. Both fluid types were regularly identified in all investigated samples. In addition, inclusions are found with compositions suggesting mixing of these two end-members. Both-end member type fluids and their mixtures were also identified in inclusions in quartz from gold-mineralised shear zones. It is noticeable that low salinity composition predominate in primary inclusions whereas high salinity solutions are more frequent in secondary inclusions. A further marked difference between the composition of inclusions in metamorphic and migmatitic/pegmatitic quartz and those from gold-mineralised zones, is the distinct increase of the frequency of gas containing, and pure gaseous (CO2, CH4, N2) inclusions in the mineralisations. This trend is especially distinct in the Redwing / Rezende deposit (total gold production: 30t), is considered significant in the Pilgrim deposit (total gold production: The results of the fluid inclusion investigations in the south-eastern Zimbabwe craton are compared to those from several large, shear-zone hosted gold deposits in the Ashanti volcanic belt in Ghana (e.g. Ashanti Goldfields, present annual production c. 30t). The most distinct common element of these deposits is the large number of purely gaseous (CO2 >> N2 > CH4) inclusions in quartz from the mineralised shear zones. In contrast, inclusions containing aqueous phases are found only rarely. Based on these observations of the characteristic composition of fluid inclusions in minerals of the gold mineralisation, it is assumed that the gold enrichment and increasing frequency of gaseous inclusions in the mineralised shear-zones is based on a common process. In the final chapter pressures and temperatures of mineral formation are determined, and a general model for the mineralising process is derived based on the results from the inclusion analyses. In contrast to the generally applied assumption of static mineralising conditions, this model includes the aspect of strongly varying fluid pressure in active shear zones. The results imply that fluid pressure variation fluctuates between lithostatic and hydrostatic conditions during the mineralising process. The mineralising process of shear-zone hosted gold deposits, which implies an enrichment of gold of more than five orders of magnitude, can be subdivided into the steps: - Leaching of the gold from the source rock at concentrations of c. 5ppb; - focused migration of the solution into and along the shear zone; - quantitative precipitation of gold under the physico-chemical conditions of the shear zone. A key factor in this mineralising process is the ability of the mineralising fluids to undergo pervasive migration. This ability is mainly dependent on the wetting angle (Θ) of the fluid phase and the respective mineral grains. Accordingly, pervasive migration is possible only at wetting angles of Θ60°, inhibiting pervasive migration. The intense pressure fluctuation within the active shear-zone induces unmixing of the mixed saline H2O plus gas fluids to a water-rich and a gas-rich phase. While the H2O-rich phase maintains its ability for pervasive migration due to the low wetting angle, the resulting gas-rich phase is trapped in open pore space. The results of this process are gangue minerals, rich in gas-containing inclusions as identified in the fluid inclusion investigations.
URI: https://opendata.uni-halle.de//handle/1981185920/9150
http://dx.doi.org/10.25673/2365
Open access: Open access publication
Appears in Collections:Hochschulschriften bis zum 31.03.2009

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