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Petrography and geochemistry of precambrian ultramafic, mafic and felsic meta-igneous rocks within the Republic of Congo
Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2023.
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Stellenbosch : Stellenbosch University
2022
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| spelling | oai:scholar.sun.ac.za:10019.1/128385 Petrography and geochemistry of precambrian ultramafic, mafic and felsic meta-igneous rocks within the Republic of Congo Plavy Ntsiele, Legran Juldit Espoir Klausen, Martin B. Boudzoumou, Florent Stellenbosch University. Faculty of Science. Dept. of Earth Sciences. Petrographic microscope Geology, Stratigraphic -- Precambrian Greenstone belts -- Africa -- Republic of Congo Geochemistry Igneous rocks -- Africa -- Republic of Congo UCTD Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2023. ENGLISH ABSTRACT: The Ntem craton constitutes the north-western corner of a Greater Congo Craton. It stretches across Gabon, Cameroon, Republic of Congo as well as Equatorial Guinea. In the Republic of Congo, it is subdivided into three (3) exposed Archean terrains referred to as (1) the northern Ivindo basement, (2) the central Kelle-Mbomo block and (3) the southern Chaillu Massif. As for most of the Ntem craton/block – and indeed Archean cratons in general – it comprises primarily of variably dismembered greenstone belts, a range of granitoid intrusions and crosscutting Proterozoic mafic dykes. The aim of this thesis is to realise a petrographic and geochemical study of 23 greenstone, 26 granitoid and 7 Proterozoic dykes collected across all three Congolese Archean terrains. Congolese greenstones consist of amphibolites, mafic granulites and – as will be argued – associated meta-dunitic to meta-pyroxenitic cumulates, which predominantly display depleted (N-MORB) and to a lesser extent enriched (E-MORB) arc signature. These arc signatures suggest that these presumed protolith lavas, intrusions and cumulates formed within juvenile island arcs that somehow got incorporated into the Ntem craton. TTG samples are remarkably similar to each other, except for variable proportions of heavy rare earth elements (HREEs), likely reflecting a corresponding increase in pressure/depth of partial melting of a shallower meta-gabbroic to deeper garnet amphibolite (or even eclogitic) sources; whether these were subducted slabs, underplating or within an accreted terrane. Sanukitoids are found in the central Kelle-Mbomo basement, they are less siliceous and more mafic than TTGs and formed through mixing between mantle and TTG melts. Although, in the Ivindo basement a pair dykes/shears display similar geochemical characteristics than the Kelle-Mbomo sanukitoids. These highly sheared Ivindo dykes/shears opens up an alternative model of sanukitoids formation through shear-induced leaching and metasomatism, unless shear was preferentially localized along sanukutiod dykes within a TTG host. Younger, likely late Archean to possibly early Paleoproterozoic and more potassic (LILE-enriched) granites are thought to record a global shift towards more dehydration – as opposed to partial melting – of subducted slabs, where granitic magmas formed either through differentiation of mantle-wedge- derived basaltic parents or through the partial melting of sources (e.g., underplating) derived from such parents. Proterozoic mafic intrusions can be subdivided into 2 swarms of: (1) SW-NE trending and more alkali dykes/sills of the Sembe-Ouesso basin, with OIB-like signatures that resemble dykes from a 920-900 Ma Bahia-Gangila large igneous province (LIP), across the São Francisco, North China and Greater Congo cratons, and (2) NW-SE trending depleted tholeiitic dykes that do not match any other geochemically analysed dykes and typically require exceedingly low pressures of partial melting of a more depleted mantle source. While their arc signatures may rather be attributed to either a sub- continental lithospheric mantle source or crustal assimilation, it is tentatively speculated whether these dykes were injected during a successful breakup of a North China craton, following upon the Bahia- Gangila LIP, or these intrusions belong to another -yet unknown – magmatic event. AFRIKAANSE OPSOMMING: Die Ntem kraton vorm die noordwestelike hoek van 'n Groter Kongo kraton. Dit strek oor Gaboen, Kameroen, die Republiek van die Kongo, asook Ekwatoriaal-Guinee. In die Republiek van die Kongo is dit in drie (3) blootgestelde Argeïese terreine verdeel wat bekend staan as (1) die noordelike Ivindo- basement, (2) die sentrale Kelle-Mbomo-blok en (3) die suidelike Chaillu Massif. Soos vir die meeste van die Ntem-kraton/blok – en inderdaad Argeaanse kratone in die algemeen – bestaan dit hoofsaaklik uit wisselend gesnyde groensteengordels, 'n reeks granitoïede indringings en dwarssnyde Proterosoïese mafiese dyke. Die doel van hierdie tesis is om 'n petrografiese en geochemiese studie te realiseer van 23 groensteen-, 26 granitoïede en 7 Proterosoïese dyke wat oor al drie die Kongolese Argeaanse terreine versamel is. Kongolese groenstene bestaan uit amfiboliete, mafiese granuliete en – soos geargumenteer sal word – geassosieerde metadunitiese tot meta-piroksenitiese kumulate, wat oorwegend uitgeputte (N-MORB) en tot 'n mindere mate verrykte (E-MORB) boogtekenteken vertoon. Hierdie boogtekens dui daarop dat hierdie veronderstelde protoliet-lawas, indringings en kumulate gevorm het binne jeugdige eilandboë wat op een of ander manier in die Ntem-kraton opgeneem is. TTG-monsters is merkwaardig soortgelyk aan mekaar, behalwe vir veranderlike proporsies van swaar seldsame aardelemente (HREEs), wat waarskynlik 'n ooreenstemmende toename in druk/diepte van gedeeltelike smelting van 'n vlakker meta-gabbroic tot dieper granaat amfiboliet (of selfs eklogitiese) bronne weerspieël ; of dit nou onderliggende blaaie, onderbeplating of binne 'n aangelegde terrein was. Sanukitoïede word in die sentrale Kelle-Mbomo-kelder gevind, hulle is minder silicous en meer mafies as TTG's en word gevorm deur vermenging tussen mantel- en TTG-smelte. Alhoewel, in die Ivindo- kelderverdieping vertoon 'n paar dyke/skêr soortgelyke geochemiese eienskappe as die Kelle-Mbomo- sanukitoides. Hierdie hoogs geskeerde Ivindo-dyke/skêr maak 'n alternatiewe model van sanukitoids- vorming oop deur skuif-geïnduseerde loging en metasomatiek, tensy skuif by voorkeur langs sanukutiod-dyke binne 'n TTG-gasheer gelokaliseer is. Jonger, waarskynlik laat Argeaanse tot moontlik vroeë Paleoproterosoïese en meer kalium (LILE- verrykte) graniete is vermoedelik 'n globale verskuiwing na meer dehidrasie – in teenstelling met gedeeltelike smelting – van onderdrukte blaaie, waar granitiese magmas gevorm het deur differensiasie van mantelwig. -afgeleide basaltiese ouers of deur die gedeeltelike smelt van bronne (bv. onderplatering) afkomstig van sulke ouers. Proterosoïese mafiese intrusies kan onderverdeel word in 2 swerms van: (1) SW-NO-neiging en meer alkali-dyke/drempels van die Sembe-Ouesso-kom, met OIB-agtige handtekeninge wat lyk soos dyke van 'n 920-900 Ma Bahia-Gangila groot stollings provinsie (LIP), regoor die São Francisco, Noord- China en Groter Kongo-kratons, en (2) NW-SE-tendense uitgeputte tholeiïtiese dyke wat nie ooreenstem met enige ander geochemies geanaliseerde dyke nie en tipies buitengewoon lae druk van gedeeltelike smelt vereis van 'n meer uitgeputte mantel bron. Alhoewel hul boogtekens eerder toegeskryf kan word aan óf 'n subkontinentale litosferiese mantelbron óf korsassimilasie, word daar voorlopig bespiegel of hierdie dyke ingespuit is tydens 'n suksesvolle opbreek van 'n Noord-China kraton, na aanleiding van die Bahia-Gangila LIP, of hierdie indringings behoort aan 'n ander -maar onbekende - magmatiese gebeurtenis. Résumé : Le craton de Ntem constitue la partie nord-ouest du Grand Craton du Congo (GCC). Il s’étend sur le Gabon, le Cameroun, la République du Congo et la Guinée équatoriale. Au Congo, il est subdivisé en plusieurs blocs à savoir le socle d’Ivindo et le bloc de Kelle-Mbomo au nord, et le Massif du Chaillu. Comme tous les cratons archéens à travers le monde, le craton de Ntem est principalement constitué de ceintures de roches vertes, de granitoïdes et des intrusions mafiques d’âge Protérozoïque. Dans le cadre de cette étude pétrographique et géochimique, 23 échantillons issus des roches vertes, 26 échantillons issus des granitoïdes et 8 échantillons issus des intrusions mafiques d’âge Protérozoïque ont été collectés sur les trois blocs archéens du Congo. Les échantillons de roches vertes étudiés se sont révélées être des amphibolites, des granulites mafiques, des méta -dunites et des méta-pyroxénites avec des signatures géochimiques des basaltes de dorsale médio-océanique N-MORB et E-MORB ce qui indiquent que ces roches se formées dans des environnements d’arc insulaire et se sont retrouvés incorporer dans le craton de Ntem. Les échantillons de granitoïdes se sont révélées être principalement des TTG, quelques granites et des sanukitoïdes. Les TTG sont plus ou moins cisaillés, métamorphisés et similaires sur les trois blocs, néanmoins ils ont des concentrations variables en terres rares lourdes indiquant une croissance de la pression ou de la profondeur lors de la fusion partielle d’un métagabbro peu profond ou d’une amphibolite à grenat très profond dans des zones de subduction, ou dans des terranes accrétés ou encore dans des sous-couche/sous-plaque magmatiques. Les sanukitoïdes du bloc de Kelle-Mbomo ont des caractéristiques indiquant une contribution importante du manteau dans leur processus de formation cependant des intrusions de TTG très cisaillés du socle d’Ivindo présentent également des caractéristiques similaires, ce qui stipule que les sanukitoïdes peuvent aussi être formé par le lessivage des TTG induit par un cisaillement important. Les granites sont enrichis en potassium et en éléments lithophiles à grand rayon ionique (LILE), et marquent la transition vers les phases de déshydratation de la fin de l’Archéen en opposition aux phases de fusion partielle du début de l’Archéen. Cette déshydratation s’est faite soit par différentiation d’une source mantellique ou soit par fusion partielle de roches issues de cette différentiation. Deux types d’intrusions mafique Protérozoïques ont été identifié dans les blocs du craton de Ntem, en premier nous avons les intrusions de types alcalins qui sont probablement liées à la grande province ignée (LIP) de Bahia-Gangila datée entre 920 et 900 Ma et qui s’est mise en place sur les cratons du Congo, de São Francisco et du Nord de la Chine. En deuxième, nous avons les intrusions de types tholéiitiques présentant des signatures géochimiques des arcs insulaires et résultant donc de la fusion du manteau sous une dorsale médio-océanique. Ces intrusions se sont probablement mises en place à la suite de la grande province ignée de Bahia-Gangila. Masters 2022-11-14T08:56:57Z 2023-08-30T13:09:45Z 2022-12 2023-08-31T09:18:33Z 2022-11-14T08:56:57Z 2023-08-31T09:18:33Z 2022-11-14T08:56:57Z 2023-03 Thesis https://scholar.sun.ac.za/handle/10019.1/128385 en_ZA Stellenbosch University application/pdf xxi, 129 pages : illustrations (some color), maps application/pdf Stellenbosch : Stellenbosch University |
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