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Prozesse strukturkontrollierter Gold-Quarz Mineralisationen in der unteren, archaischen Kruste der Northern Marginal Zone des Limpopogürtels, Zimbabwe: die Renco Mine
Bearbeiter: F.M. Meyer, A. Kisters, J. Kolb
Die Renco Goldmine liegt in der Northern Marginal Zone (NMZ) des Limpopo Belt im südlichen Simbabwe. Die NMZ stellt ein granulitfazielles Terrain dar, das hauptsächlich aus Charnockiten und Enderbiten aufgebaut ist. Im späten Archaikum, bei ca. 2,6 Ga, ist die NMZ auf die grünschieferfaziellen Granit-Grünsteingürtel des Simbabwe Kraton aufgeschoben worden. Während dieser NNW-SSE gerichteten Kompressionstektonik ist am Kontakt von Simbabwe Kraton und NMZ ein Scherzonensystem entstanden, in dem die Gesteine der NMZ retrograd, amphibolitfaziell überprägt worden sind. Parallel zu den Strukturen dieses Scherzonensystems wurde in dem bei ca. 2,58 Ga in die NMZ intrudierten Renco-Enderbit ein Scherzonensystem angelegt, das Träger der Gold-Sulfid-Mineralisation ist.
Die Nebengesteine der Goldmineralisation in Renco werden von Enderbiten des Intrusionskörpers dominiert. Untergeordnet kommen als Nebengesteine Pegmatite, Pyroxenite, leukokrate Granulite, Amphibolite, Marmore und Kalksilikatfelse vor. Die Nebengesteine sind durch granulitfazielle Mineralparagenesen gekennzeichnet. Aufgrund der hohen P-T-Bedingungen sind die Enderbite in Renco teilweise migmatisiert worden. Die granulitfazielle Mineralparagenese für Enderbite und Migmatite ist Opx, Cpx, Kfs, Pl, Qtz, Bt.
Die Goldmineralisation in Renco erfolgte strukturkontrolliert in dem diskreten Scherzonensystem, das den Renco-Enderbit durchschlägt. In diesem Scherzonensystem können nach ihrer Orientierung zwei Typen vererzter Scherzonen unterschieden werden, die durchschnittlich 1 m mächtig sind. (1) Flache Scherzonen (shallow reefs) fallen mit 30� nach SSE ein und sind somit parallel zu dem Scherzonensystem am Kontakt von NMZ und Simbabwe Kraton ausgebildet. (2) Steile Scherzonen (steep reefs) streichen Ost-West und stehen saiger. Ihre Geometrie entspricht R2-Riedel-Scherflächen in Bezug auf die flachen Scherzonen.
Aufgrund einer Verformungsaufteilung in (1) duktil deformierte Gesteine der Mylonit-Serie und (2) duktil-bruchhaft deformierte Grt-Bt-Lithons sind die vererzten Scherzonen heterogen aufgebaut. Diese Verformungsaufteilung führt ebenfalls zu Unterschieden in Alteration und Mineralisation in den Gesteinen der Mylonit-Serie und Grt-Bt-Lithons.
(1)Die Gesteine der Mylonit-Serie sind durch eine amphibolitfazielle Mineralparagenese gekennzeichnet, die vom Ausgangsgestein kontrolliert ist, im allgemeinen jedoch Qtz, Pl, Kfs und Bt umfaßt. Die Alteration dieser Gesteine ist auf eine schwache Mineralisation entlang der Foliation und in Druckschatten beschränkt. Entsprechend unterscheiden sich die Gesteine der Mylonit-Serie geochemisch kaum von ihren Protolithen. Zugeführt sind hier Elemente wie S, Cu, Te, Bi und Au, die mit der schwachen Mineralisation in Verbindung stehen. Für die berechneten Massenbilanzen ergibt sich ebenfalls kein Unterschied für die Mylonit-Serie gegenüber den Ausgangsgesteinen. Dieser Trend setzt sich in der Isotopengeochemie fort. Die Gesteine der Mylonit-Serie zeigen nur geringe Unterschiede in ihrer Sauerstoffisotopie gegenüber den Nebengesteinen. Nur die Qtz-Mylonite sind an d18O angereichert und folgen eher dem Trend der Grt-Bt-Lithons.
(2)Auf die Grt-Bt-Lithons ist die Gold-Sulfid-Mineralisation und Alteration konzentriert. Diese Gesteine sind durch eine amphibolitfazielle Alterationsparagenese von Grt, Bt, Kfs, Qtz, Sd gekennzeichnet. Eine leichte geochemische Zufuhr von K kann auf die Neubildung von Bt und Kfs zurückgeführt werden. Für die Grt-Bt-Lithons ist eine Progression der Mineralisation von schwach zu stark mineralisierten Gesteinen zu verzeichnen. Die Mineralisation, die durch die Dominanz von Po über Ccp und Py gekennzeichnet ist, ist hauptsächlich auf bruchhafte Strukturen in den Grt-Bt-Lithons beschränkt. Gold kommt meist als Freigold ebenfalls auf den Brüchen vor. Der Progression der Mineralisation folgt auch eine Progression in der Elementanreicherung von Fe, S, Ni, Co, Cu, Mo, Se, Te, Ag und Au im allgemeinen um Faktoren > 102. Die Berechnung von Massenbilanzen für die Grt-Bt-Lithons ergibt entsprechend der Mineralisation deutliche Massegewinne zwischen ca. 70 % und 200 % und Volumengewinne zwischen ca. 60 % und 400 %. Isotopengeochemisch unterscheiden sich die Grt-Bt-Lithons ebenfalls von den Nebengesteinen und den Gesteinen der Mylonit-Serie. Die Grt-Bt-Lithons sind signifikant an d18O gegenüber den übrigen Gesteinen, mit Ausnahme der Qtz-Mylonite, angereichert.
Geothermobarometrische Untersuchungen an der Alterationsparagenese der Grt-Bt-Lithons ergeben für die Alteration, Mineralisation und Deformation dieser Gesteine Temperaturen zwischen 610°C und 710°C. Für die Gesteine der Mylonit-Serie ergeben sich ähnliche Temperaturen. Die Deformation in beiden Gesteinstypen erfolgte gleichzeitig bei gleichen P-T-Bedingungen. Unter diesen P-T-Bedingungen können für das mineralisierende Fluid in Renco physikochemischen Parameter mit log fO2 = -17,5 bis -18 und log aH2S = 0,25 bis 0,75 bestimmt werden. Aufgrund fehlender experimenteller Daten für Goldlöslichkeiten bei den P-T-Bedingungen, die für die Goldmineralisation in Renco angenommen werden müssen, müssen Aussagen zum möglichen Goldtransport spekulativ bleiben. Ein Goldtransport als Sulfidkomplex ist jedoch wahrscheinlich. Aus dem in dieser Arbeit gewonnen Datensatz kann ein genetisches Modell für die Goldmineralisation in Renco aufgestellt werden. Die Goldmineralisation erfolgte strukturkontrolliert im Zuge der Überschiebung der Northern Marginal Zone auf den Simbabwe Kraton. Die mineralisierenden Fluide wurden durch prograde metamorphe Reaktionen in den Lithologien des Simbabwe Kraton generiert. Diese externe Fluidquelle wird unter anderem durch die höheren d18O-Werte in den Grt-Bt-Lithons angezeigt. Die Fluide konnten aufsteigen und wurden in dem Scherzonensystem am Kontakt von Northern Marginal Zone und Simbabwe Kraton, zu dem auch die vererzten Scherzonen in Renco gezählt werden können, fokussiert. In dem Scherzonensystem in Renco erfolgte der Fluidfluß heterogen. Die Gesteine der Mylonit-Serie zeigen kaum petrographische, geochemische und isotopengeochemische Veränderung gegenüber den Nebengesteinen. Die Qtz-Mylonite nehmen eine Sonderstellung ein, da sie isotopengeochemisch den Grt-Bt-Lithons ähnlich sind. Die Qtz-Mylonite können als synkinematisch angelegte Quarzgänge interpretiert werden. Synkinematisch sind außerdem Pegmatite intrudiert. Die Mineralisation und Alteration ist auf die Grt-Bt-Lithons beschränkt, die durch eine bruchhaft-duktile Deformation gekennzeichnet sind. Der Fluidtransport in den Scherzonen in Renco erfolgte in Taschen. Durch die duktile Deformation und Rekristallisationsmechanismen wurde die Porosität herabgesetzt und es konnten sich lithostatische Fluiddrucke aufbauen. Diese hohen Fluiddrucke führten zur bruchhaften Deformation der Grt-Bt-Lithons (Fluid-Taschen) und der Fällung von Freigold und Sulfiden auf bruchhaften Strukturen aufgrund der dramatischen Fluiddruckschwankungen und einer resultierenden Entmischung des Fluides.
Publikationen:
Kolb, J., Kisters, A.F.M., Meyer, F.M., & Siemes, H. (2003): Polyphase deformation of mylonites of the Renco gold mine, Northern Marginal Zone, Limpopo Belt (Zimbabwe): identified by crystallographic preferred orientation of quartz. Journal of Structural Geology 25, 253-262.
Kolb, J. & Meyer, F.M. (2002): Fluid inclusion record of the hypozonal orogenic Renco gold deposit (Zimbabwe) during the retrograde P-T evolution: Do CO2-rich fluid inclusions reflect ore fluid composition? Contrib. Min. Pet. 143, 495-509.
Kolb, J., Kisters, A.F.M., Hoernes, S. & Meyer, F.M. (2000). The origin of fluids and nature of fluid-rock interaction in auriferous mylonites of the Renco Mine, southern Zimbabwe. Mineralium Deposita, 35, 109- 125.
Kisters, A.F.M., Kolb J., Meyer, F.M. & Hoernes, S. (2000). Hydrologic segmentation of high temperature shear zones: Structural, geochemical, and isotope constraints from auriferous mylonites of the Renco Mine, southern Zimbabwe. J. Structural Geol. 22, 811 - 829.
Kisters, A.F.M., Meyer, F.M., Seravkin, I.B., Znamenski, S.N., Kosarev, A.M. & Ertl, R.G.W. (1999). The geological setting of lode-gold deposits in the central south Urals: a review. Geol. Rundsch., 87, 603-616.
Kisters, A.F.M., Kolb, J. & Meyer, F.M. (1998). Gold mineralization in high-grade metamorphic shear zones of the Renco mine, southern Zimbabwe. Econ. Geol., 93, 587-601.
Kisters, A.F.M., Meyer, F.M. & Ebeling, J. (1997). Permeability enhancement and fluid flow in mid-crustal rocks: the Renco gold mine, southern Zimbabwe. In: Hendry, J., Carey, P., Parnell, J., Ruffel, A. and Worden, R. (Eds.), Geofluids II. The Queen's University of Belfast, 247-250.
Kempen, T., Kisters, A.F.M., Glodny, J., Meyer, F.M., and Kramm, U. (1997). Lode-gold mineralization under high-grade metamorphic conditions: the Renco gold mine, southern Zimbabwe. Terra Nova, 9, 549.