Original paper

Geochemical characteristics and tectonomagmatic evolution of late Archean granitoids from northern Zimbabwe

Jelsma, Hielke A.; Becker, Jens K.; Siegesmund, Siegfried

Kurzfassung

Am Beispiel des Chinamora-Batholiten wird die Entstehung der granitoiden Komplexe im späten Archaikum diskutiert. Sowohl der Chinamora- als auch der Murehwa-Batholit bestehen aus prä-, syn- und posttektonischen Granitoiden, die im Zeitraum von ca. 2,7 bis 2,6 Ga intrudierten. Um die magmatische Entwicklungsgeschichte, vor allem des Chinamora-Batholithen genauer charakterisieren zu können, wurden insgesamt 35 Proben hinsichtlich ihrer Haupt- und Spurenelemente sowie der Seltenen Erdelemente analysiert. Die vergneisten und equigranularen Granite können vorwiegend als Tonalite, Trondhjemite und kalk-alkalische Granite eingestuft werden. Sie repräsentieren damit das intrusive Gegenstück zu den Vulkaniten der Iron Mask- und Passaford-Formation des Harare Greenstone Belts. Haupt- und Spurenelemente (REE, HFSE und LILE) zeigen, dass die granitoiden Gesteine der Batholiten durch partielles Aufschmelzen amphibolitischer Ausgangsgesteine und durch Fraktionierung von Hornblende, Plagioklas, Fe-Ti-Phasen, Apatit, Zirkon und möglicherweise durch Granat entstanden sind. Als Ursache für die Bildung sowohl der intrusiven als auch der extrusiven Schmelzen wird Arc-Magatismus angenommen. Dieser erreichte seinen Höhepunkt um 2,65 Ga bei gleichzeitiger regionaler Deformation (durch Akkretion) und Ablagerung grobkörniger, klastischer Sedimente. Dieser Akkretion folgte die Intrusion und Platznahme spät- bis posttektonischer Monzogranite, die bezeichnend für die thermische Stabilisierung des Simbabwe-Kratons sind. Arc-Magmatismus mit partiellem Schmelzen von Granat-Amphiboliten kann z.B. durch den Prozeß einer low-angle Subduktion oder durch tektonische Stapelung basaltischer Kruste entstehen. Die geochemische Signatur sowie das Isotopenverhältnis der spät- bis posttektonischen Intrusionen sind charakteristisch für krustale Schmelzen und können das Produkt krustaler Relaxation nach einer Akkretion sein.

Abstract

This paper addresses the origin of granitoid complexes during the late stages of crustal evolution in the Archean. The Chinamora and Murehwa batholiths in northern Zimbabwe include pre-, syn- and post-tectonic granitoids that were emplaced between 2.7 and 2.6 Ga. A total of 35 samples have been analysed for major, trace, and rare earth elements to characterize the granitoids in terms of their geochemistry and discuss their geochemical characteristics in terms of precursor signature and magmatic evolution. The gneissic and equigranular granites that were formed during this time span are pre- to syn-tectonic tonalites, trondhjemites and granites of calc-alkaline nature. They represent the intrusive equivalents of coeval felsic volcanics of the Iron Mask and Passaford formations of the Harare greenstone belt and have been interpreted as the products of arc magmatism. Major and trace element data, in particular REE, HFSE and LILE, indicate that the gneissic and equigranular granites were formed by partial melting of amphibolite sources with fractionation of hornblende, plagioclase, Fe-Ti phases, apatite, zircon and possibly garnet. At 2.65 Ga this arc magmatism culminated in a regional deformation event and associated deposition of coarse clastic sediments. This sequence of events has been interpreted as an arc- and short-lived (< 5 Ma) assembly event, that shifted across the Zimbabwe Craton between 2.68-2.60 Ga. Arc magmatism with partial melting of garnet amphibolites may reflect low-angle subduction or tectonic stacking of basaltic crust. Deformation was followed by the emplacement of an extensive suite of late- to post-tectonic monzogranites that marks the final thermal stabilisation of the craton. These crustal melts are characterized by evolved geochemical and isotope characteristics and may be a product of crustal relaxation following accretion.

Keywords

Archeancratonsgreenstone beltsbatholithsgranitsmajor elementstrace elementsREEtectono-magmatic models