Petrographische, geochemische und isotopengeochemische Untersuchungen an panafrikanischen Granitoiden des Kaoko Belts, Namibia

Abstract

Der Kaoko Belt entstand als Teil des spätproterozoischen bis frühpaläozoischen "Mobile Belt Systems" während der Bildung West-Gondwanas durch die Kollision des Kongo-Kratons (Afrika) und des Rio-de-la-Plata-Kratons (Südamerika). Im Kaoko Belt sind im Zuge dieser Orogenese zahlreiche Granitoide unterschiedlicher Zusammensetzung intrudiert. Diese Schmelzen geben einen Einblick in den Aufbau tieferer Krustenabschnitte des Kaoko Belts, die sich ansonsten unseren Blicken entziehen oder nur über geophysikalische Messungen erfaßt werden können

In dieser Arbeit werden die Prozesse der Schmelzbildung und Schmelzentwicklung der verschiedenen Gruppen von Granitoiden bei Torra Baai zu dokumentiert. Die Grundlage dazu bilden geochemische und ferner petrographische Untersuchungen. Die Hauptziele sind die Charakterisierung der Quellenregion der Schmelzen (kontinentale Kruste & lithosphärisch veränderter Mantel oder eine Mischung aus diesen) auf der Grundlage isotopengeochemischer Untersuchungen sowie der Aufschmelzprozesse, um Aufschluß über die kontrovers diskutierte geodynamische Entwicklung des Kaoko Belts zu erhalten

Im Gebiet von Torra Baai sind zwei Gruppen von Schmelzen verschiedenen Alters intrudiert: Während eines frühen Stadiums der Bildung des Kaoko Belts intrudierten peraluminäse Granodiorite und Granite der Nk-Formation einerseits als Pluton, andererseits als Gänge und wurden im Zuge der panafrikanischen Orogenese deformiert, so daß sie jetzt als Granitgneise vorliegen

Nachfolgend intrudierten syn- bis posttektonisch die Schmelzen der Torra Baai Granitoide. Subaluminäse Diorite sowie peraluminäse Biotit-Granodiorite stecken als plutonische Körper in den Graniten der Nk-Formation; ferner intrudierten peraluminäse, SiO2-reiche Helle Granite als Gänge bzw. Stücke

Die Schmelzen wurden auf ihrem Weg durch die Kruste im Fall der Biotit-Granodiorite durch Kontamination mit jungem, metasedimentären Material, im Fall des Nk-Plutons wahrscheinlich mit S-Typ-Graniten, die aus Basement-Gesteinen stammen, verändert. Die eng begrenzte isotopische Zusammensetzung der Diorite beruht auf einer einheitlich zusammengesetzten, krustalen Quellenregion. Kristallfraktionierung ist während der Entwicklung der Magmen der Diorite und Biotit-Granodiorite nur von untergeordneter Bedeutung, jedoch ein wesentlicher Prozeß während der Entwicklung der Schmelzen des Nk-Plutons. Die auf hohe SiO2-Gehalte beschrA¤nkten Gang-Granit(gneis)e hingegen sind weder durch Kristallfraktionierung noch durch Kontamination bedeutend verA¤ndert, sondern geben vielmehr direkt die Isotopie ihrer heterogen zusammengesetzten Quellenregion wieder

Die Quellenregion aller untersuchten Schmelzen ist isotopisch wenig entwickelt (87Sr/86Sr(500Ma): 0,70695 bis 0,71663; eNd (500 Ma): -4,1 bis -10,2) und dem entsprechend relativ jung. Basementgesteine ähnlich denen, welche im Norden des Kaoko Belts aufgeschlossen sind, haben keinen gewichtigen Einfluß während der Entstehung und Entwicklung dieser Schmelzen. Auch die Beteiligung einer Mantelkomponente ist in keiner der untersuchten Schmelzen nachzuweisen

Verglichen mit dem Zentralen Damara Orogen weisen die Granitoide des Kaoko Belts ähnliche Nd-Isotopenzusammensetzungen, jedoch weniger radiogene 87Sr/86Sr-Verhältnisse und niedrigere d18O-Werte auf. Am Aufbau der Quellenregion der panafrikanischen Granitoide des Kaoko Belts sind demnach im Gegensatz zu jener des Zentralen Damara Orogens vorwiegend Gesteine magmatischen Ursprungs beteiligt

Das Auftreten anderer panafrikanischer Magmatit-Komplexe im Kaoko Belt (in der Nähe des Hoanib im Norden sowie dem Bandombaai-Komplex im Süden, wo ebenfalls dioritische bis granitische Schmelzen durch Recycling kontinentaler Kruste gebildet wurden) belegt anstelle einer lokalen Schmelzbildung bei Torra Baai vielmehr ein thermisches Ereignis regionaler Ausdehnung. Die geotektonische Situation des panafrikanischen Kaoko Belts wird noch immer kontrovers diskutiert. Die Ergebnisse dieser Studie favorisieren zusammen mit dem Fehlen von Mantelschmelzen ein Modell der Kontinent-Kontinent-Kollision nach einem kurzen intrakontinentalen Rifting gegenüber einem kompletten Wilson-Zyklus mit ausgedehnter Subduktion ozeanischer Kruste

English: The Kaoko Belt is situated in the north-west of Namibia and is part of the late proterozoic to early paleozoic mobile belt system in the western part of Gondwana. It was formed in the course of the collision of the Congo Craton (Africa) and the Rio de la Plata Craton (South America). During this orogeny different kinds of granitoids were intruded. These granitoids contain information about the composition of lower parts of the crust in this region, which otherwise can be explored by indirect geophysical methods, only

In this work those granitoids intruded near Torra Baai are focused in order to document the processes of partial melting and the evolution of these melts with respect to petrographical and particularly to geochemical investigations. The principal aims are the characterization of the source rocks of the melts (continental crust a lithospheric enriched mantle or a mixture of both) on the base of isotopic investigations and the processes of partial melting to get information about the geodynamic evolution of the Kaoko Belt which is discussed controversially

Near Torra Baai two groups of melts intruded at different times:

In an early stage of the evolution of the Kaoko Belt peraluminous granodiorites and granites of the Nk-Formation intruded as a pluton and as dykes. All these granitoids were deformed during the Pan-African orogeny and now are granitic gneisses (= Nk-granite gneisses)

Afterwards melts of the Torra Baai Granitoids intruded syn- to posttectonically. Subaluminous diorites and peraluminous biotite granites intruded as plutons into the granitic gneisses and metasediments of the Nk-Formation. Besides peraluminous SiO2-rich granites intruded as stocks and dykes

While ascending through the continental crust the melts were contaminated by Pan-African metasedimentary material in the case of the biotite granites and by S-type granites that are derived most likely from basement material in the case of the Nk-granite gneisses which intruded as pluton. The uniform isotopic composition of the diorites is caused by a homogenous crustal source region. Crystal fractionation doesn?t play an important role for the diorites and biotite granites but it is an essential process in the evolution of the Nk-granites. The granitic dykes which are restricted to high SiO2-contents are modified neither by crystal fractionation nor by contamination. These granites are a mirror of the heterogenous composition of their source rocks

The source region of all investigated melts is developed less (87Sr/86Sr(500Ma): 0,70695 to 0,71663; eNd (500 Ma): -4,1 to -10,2) and according to this relatively young. Basement rocks like those cropping out in the north of the Kaoko Belt don?t have significant influence on the formation and evolution of the melts. Also the participation of a component from the mantle cannot be proofed in one of the investigated melts

In comparison with the Zentral Damara Orogen the granitoids of the Kaoko Belt show similar Nd isotope signatures, but less radiogenic 87Sr/86Sr ratios and lower d18O values. In contrast to the Zentral Damara Orogen the source region of the Pan-African granitoids of the Kaoko Belt is dominated by rocks of magmatic origin

The occurrence of other Pan-African magmatic complexes in the Kaoko Belt (near the Hoanib river in the north and the Bandombaai-complex in the south, where dioritic to granitic melts were generated by recycling of continental crust also) indicates a thermal event of regional appearance instead of a local melting event

The geotectonic situation in the Pan-African Kaoko Belt is still discussed controversially. The results of this study in addition to the lack of unequivocal mantle melts favour a model of continent-continent-collision after a short intracontinental rifting instead of a complete wilson cycle with subduction of oceanic crust