非洲中南部乔马--卡洛莫地块区域地质及构造演化特征

邢仕，陆伟彦，纪山青，杜明龙，刘川，张殿领，易凯

河北省地矿局 第五地质大队，河北 唐山 063000

0 引言

位于赞比亚西南部的乔马--卡洛莫地体(Choma--Kalomo block)是一套北东—南西向的前寒武纪岩层，其特征为一系列的变质碎屑岩被中元古代花岗岩和花岗质片麻岩侵入。这套岩层最早被认为和北西向的中元古代伊鲁米德(Irumide)构造带直接相关[1--3]；之后Hanson等认为乔马--卡洛莫地块代表了一个单独的地壳结构，被赞比西带横切的NE--SW向的乔马--卡洛莫地块和伊鲁米德带原本是一个连续的中元古活动带，并且和位于纳米比亚和南非的中元古代地体都具有一定的关系[4]；近年来部分学者认为乔马--卡洛莫地体位于前古生代活动带(泛非构造带)的复杂网络中，这些活动带环绕并分离了中南部非洲的3个主要的中元古代构造带：基巴拉(Kibara)构造带、伊鲁米德构造带和乔马--卡洛莫地块，并认为他们都属于一个统一的长时间活动的(>400 Ma)构造带的一部分，被统称为泛基巴拉造山带[5--6]；而最新的研究认为乔马--卡洛莫地体最早沿着原始的卡拉哈里(Kalahari)克拉通的西部边缘发展演化，之后伴随两期的中元古代侵入事件，被更年轻的沉积盖层所覆盖的演化次序[7--9]。

前人对乔马--卡洛莫地体的研究已经获得了丰硕的成果，然而对于其构造演化和成因在学术界还远未形成共识，笔者从乔马--卡洛莫地体的物质组成、岩浆作用、变质--变形作用及区域构造关系等方面对现阶段已积累的资料进行了系统梳理、归纳，厘定出乔马--卡洛莫地体的地质背景和构造演化历史，最终形成乔马--卡洛莫地块演化的最新研究进展，为非洲中南部前寒武纪地壳演化和金属成矿研究提供详实的地质资料(图1)。

图1 乔马--卡洛莫地块区域构造位置简图[9]Fig.1 Simplified regional tectonic map of Choma--Kalomo block

1 地层概况

乔马--卡洛莫地体呈北东向，中元古代的勾状岩基位于地体中部，北部为赞比西(Zambezi)造山带，东部、南部和西部为沉积了晚石炭纪—早侏罗纪盖层的赞比西河谷，这套沉积盖层将乔马--卡洛莫地块和古元古代马工迪(Magondi)构造带、Dete--Kamativi构造窗分隔开来[4,10]。这套古老的变质沉积岩位于地体的东部和西部，主要由3个岩石单元组成：底部的Chezya黑云母副片麻岩，局部含有少量的基底侵入体；上部被Ndonde石英--白云母片岩和Siamambo石英--白云母副片麻岩所覆盖，并且三者共同经历了混合褶皱作用[11--12]。Chezya副片麻岩、Siamambo副片麻岩和Ndonde片岩中常见的变质指示矿物为硅线岩、蓝晶石和石榴子石，局部还可见角闪岩夹层和石香肠结构，说明三者在共同经历角闪岩相变质作用后发生了多期次变形[13--15]。2017年Glynn et al.对Ndonde石英--白云母片岩的3件样品进行了ID--TIMS锆石U--Pb测年，结果显示碎屑锆石年龄峰值为(2 036±6)Ma，以最年轻的三件碎屑锆石平均年龄确定的片岩的最大沉积时限为(1 861±5)Ma，并且得到了少量的中太古和新太古代碎屑锆石，分别为(3 394±13) Ma和(2 709±20)～(2 617±11)Ma[9]，表明乔马--卡洛莫地块中的变质沉积岩的沉积时限可能在(1 861±5) Ma 之后，通过碎屑锆石的年龄峰值确定变质沉积盖层的蚀源区可能来自于相邻的津巴布韦克拉通西侧的马工迪带，太古代碎屑锆石的存在证明了乔马--卡洛莫地块存在一个古老的太古代基底，而不是年轻的中元古地层对老地壳的改造(图2)。

图2 乔马--卡洛莫地块地质及年龄数据简图[4,9]Fig.2 Simplified geological map and U--Pb age in Choma--Kalomo block

2 乔马--卡洛莫岩基

乔马--卡洛莫岩基是由许多离散的不连续的深成岩体组成，这些岩体共同形成了一个复杂的岩基构造，构成了乔马--卡洛莫地块的重要组成部分，根据Hanson等人提出的方案，将岩基细分为5大类[4]：

Zongwe正片麻岩位于岩基东部的一种强烈变形的片麻岩，该片麻岩的特征是含有大量粗粒的定向的微斜长石，并被穿透性面理S1包围，很少见到镁铁质捕虏体，在未经过后期变形情况下，S1面理趋向于N--S至NW--SE。Matheson认为这种片麻岩是早期的，在Main花岗岩侵入之前，在克拉通边缘形成的深成岩体[16]。

Main花岗岩位于地块中部，大面积出露，沿走向延伸约120 km。Main花岗岩是一种半自形富含黑云母的石英二长花岗岩，局部可见变质沉积岩捕虏体，伴生绿帘石、磷灰石和赤铁矿等。Zongwe正片麻岩被Main花岗岩侵入[16]。

Siasikabole花岗岩Siasikabole 花岗岩是一块面积较小的细粒闪长质花岗岩，由石英、微斜长石和斜长石的斑晶和黑云母、角闪石组成。它侵入到了Main花岗岩和附近的沉积岩中。Siasikabole花岗岩中唯一的面理构造为S2，具有典型的NE--SW走向，与Main花岗岩中F2轴向面平行[4,16]。由于其缺乏S1构造特征，因此认为Siasikabole花岗岩的侵入时间在D1之后。

Chilala正片麻岩主要分布在乔马--卡洛莫岩基北部，是一种黑云母正片麻岩，岩石中常见微斜长石。Chilala正片麻岩的特征是受到近E--W向的泛非赞比西造山运动影响，岩石中发育大量条带状、不连续的构造带和相关的渗透叶理，以及广泛的糜棱岩带[4,16]。这一现象在Chilala正片麻岩的北缘最为明显，与赞比西造山带的构造叠加最为强烈，正片麻岩早期北东—南西向的原始构造保存很少。

Semahwa花岗岩在乔马--卡洛莫岩基北部，Chilala片麻岩被后期的角闪石--黑云母花岗岩体侵入，该岩体被称做Semahwa花岗岩。该花岗岩含有大量的微斜长石巨晶。Semahwa花岗岩中仅有的发育较好的叶理构造平行于Chilala正片麻岩中的赞比西带构造面。

Hanson等人通过对乔马--卡洛莫岩基的大面积取样和岩石的同位素(ID--TIMS)测年认为Main花岗岩和Zongwe花岗岩的锆石U--Pb年龄大致相同，大概为(1 343 ± 6)Ma；Chilala正片麻岩U--Pb锆石年龄为(1 285± 64)Ma；Semahwa花岗岩的U--Pb锆石年龄为(1 198±6)Ma[4]。Bulambo等人对乔马--卡洛莫岩基的测年结果大致相同，范围在(1 352±14)Ma到(1 174±27)Ma之间[17--19]。这就确定了乔马--卡洛莫岩基大致为中元古代的复合侵入体。

综上，乔马--卡洛莫岩基中花岗岩体最古老的年龄为1 352～1 343 Ma，较为年轻的侵入体年龄为(1 285 ± 64)Ma ～(1 198 ± 6)Ma，表明了乔马--卡洛莫岩基拥有延续性较长的热事件历史。Hanson和Bulambo等人普遍认为乔马--卡洛莫地块存在两个主要的热事件，分别为(1 368±10)Ma的Main花岗岩侵入和(1 198±6)Ma到(1 174±27)Ma之间的Semahwa花岗岩侵入[4,17--19]。Main花岗岩的全岩Sm/Nd数据表明，尽管岩浆在上升过程中与硅铝质地壳相互作用，但它们并非来自太古代地壳，这可能反映了造山过程中地壳增厚、升温和重熔作用所产生的大量花岗岩浆的侵入事件；第二次热事件则反映了地块北部赞比西造山带边缘在这一时期的广泛隆起[4,19]。

3 构造演化过程

在乔马--卡洛莫地块的变质沉积岩中存在两个主要的变形事件，D1期间形成了穿透性S1面理构造和F1紧闭褶皱，其走向趋势是N--S至NW--SE[16]；之后D2期间形成的等斜直立褶皱F2影响了S1的走向，形成了该区特有的NE--SW的S2面理构造[12,14,16]；此外近E--W向的赞比西造山带对乔马--卡洛莫地块北端的构造进行了改造和叠加，使得乔马--卡洛莫地块北部岩石中原始构造几乎消失，取而代之的是近东西向的面理构造、糜棱岩带等[15--16,20]。

通过野外观测表明，乔马--卡洛莫岩基的Main花岗岩形成于D1构造晚期，因此根据Main花岗岩的年龄可以大概限定D1发生在1 345 Ma±[4]；Cahen等人在乔马--卡洛莫地块东部得到的包含S2面理的黑云母二长花岗岩的全岩Rb--Sr等时线年龄为1 230 Ma[21]，这也是目前发现的包含S2构造的最早年龄数据，该年龄被广泛认为代表了D2事件的发生年龄。

在乔马--卡洛莫地体的变质沉积岩中可以观测到白云母--含锡花岗岩的侵入[14--16]，Matheson等得到的这类花岗岩的年龄为1 080～1 060 Ma[16]； Cahen等对凤凰云母矿中构造后期的伟晶岩、花岗岩进行了取样，其白云母Rb--Sr和K--Ar的冷却时间分别为(1 080± 31)Ma和(1 060± 40)Ma[21]；乔马--卡洛莫岩基东部角闪岩的Sm--Nd等时线年龄为(1 183±201) Ma， Ar40-Ar39年龄为(1 062±15)Ma[4]。这些岩石都没有发育D2期构造迹象，这代表了在D2变形事件之后，在1 150～1 050 Ma期间乔马--卡洛莫地块发生了含锡花岗岩、伟晶岩的侵入事件，这也和1 100～1 050 Ma期间发生在赞比亚—刚果(金) —马拉维—津巴布韦的大范围的构造热事件相关[4,9]。

乔马--卡洛莫地块北部的长石Ar40-Ar39年龄为650～450 Ma[22]，这和泛非造山带的活动时间一致，表明乔马--卡洛莫地块的北部明显受到晚泛非赞比西造山带构造热事件的影响，这些矿物年龄可能记录了一个或多个泛非构造晚期的热事件之后的最终冷却。

综上，乔马--卡洛莫地块的构造、热事件如表1所示。

表1 乔马--卡洛莫地块构造、热事件简史Table 1 Summary of tectonothermal events in Choma--Kalomo block

4 乔马--卡洛莫地块和区域构造关系

非洲大陆和其他大陆一样都是由几个太古代克拉通核心组成，之间被年轻的造山带缝合在一起，这些造山带记录了非洲大陆裂解、聚合和碰撞造山的历史[9,23]。非洲中元古造山带记录了罗迪尼亚(Rodinia)超大陆的演化过程，因此非洲中南部3个主要的中元古代造山带基巴拉构造带、乔马--卡洛莫地块和伊鲁米德构造带的关系对解释超大陆的演化就极为重要。现阶段众多学者普遍认为如今的非洲大陆是550 Ma的泛非造山运动将刚果克拉通(刚果—坦桑尼亚—班韦乌卢克拉通)和卡拉哈里(Kalahari)克拉通缝合在了一起[9,23]，那么位于缝合带边缘的乔马--卡洛莫地体是属于卡拉哈里克拉通的边缘，还是属于刚果克拉通中伊鲁米德带的一部分后期被泛非赞比西造山带所截断就成了解释乔马--卡洛莫地块演化历史的关键。

表2和图3表征了非洲中南部中元古造山带主要构造事件的主岩浆活动时间和造山类型特征。从图3中可以看出基巴拉构造带、伊鲁米德构造带和乔马--卡洛莫块体的构造热事件发生时间和岩浆活动性质具有较大的不同，因此认为乔马--卡洛莫地块和其他二者并不属于同一地质体。无论基巴拉带1 370 Ma的岩浆活动是D1后的拆沉事件，还是岛弧岩浆活动，都显示基巴拉造山带和乔马--卡洛莫地块的造山作用、岩浆作用和造山后崩塌作用在伊鲁米德岩浆活动开始前约100 Ma终止了。基巴拉造山带发生在(1 079±14) Ma的变质事件和发生在伊鲁米德带中的(1 087±11)Ma的岩浆作用明显是同时代的，说明二者之间存在一个远场构造连接[9,23]。

图3 中元古代构造带火成岩年龄频谱图[9,23]Fig.3 Igneous rocks spectra map of Mesoproterozoic ogenic belt

南伊鲁米德带在1 150～1 000 Ma之间发生了同构造期的超俯冲带、活动大陆边缘弧和岛弧岩浆作用，同样这些现象在伊鲁米德带南部的Rufunsa地体、莫桑比克和马拉维南部的Lurio构造带和 Nampula 构造带中都有所体现，这意味着在刚果克拉通南部存在一个海洋盆地，这和乔马--卡洛莫地块中元古代的岩浆活动类型，和活动时间相比均有显著差异，因此认为它们在中元古代是独立演化的[31--33]。

中元古代晚期，刚果克拉通南缘以超俯冲带岩浆作用、岛弧增生和微大陆碎块为特征。南伊鲁米德带内的岩浆作用，由旧大陆地壳的再循环形成[9,23]。存在于南伊鲁米德带内的蛇绿岩套发生的高压--低温的俯冲带变质作用和持续到新元古代的超俯冲带岩浆作用说明直到冈瓦纳古陆合并时在刚果克拉通南部存在一个海洋，同时刚果克拉通边缘的地质条件也同样缺乏罗迪尼亚(Rodinia)大陆碰撞造山作用的证据[32--34]。来自南美的和刚果克拉通对应的圣弗朗西斯科(Sao Francisco)克拉通的古地磁资料也认为刚果克拉通不是罗迪尼亚古陆的一个组成部分，而是作为一个单独的远端克拉通独立存在[35--37]。这也说明刚果克拉通不属于罗迪尼亚大陆的一部分。

根据卡拉哈里克拉通边缘较小的中元古代地层Namaqua构造带和 Natal带的年代学资料和卡拉哈里克拉通本身存在的一个罗迪尼亚古地磁资料[31]显示，直到800～750 Ma，卡拉哈里克拉通和其位于南极州东部的格拉纳克那(Grunehogna)古大陆碎片一直属于罗迪尼亚大陆之内并位于澳大利亚克拉通的西部边缘[31--32]。

图4 中元古时期的陆块分布图[9,23,33]Fig.4 Continental distribution map of Mesoproterozoic period

综上所述，中元古时期卡拉哈里克拉通属于罗迪尼亚超大陆的一部分，而刚果克拉通则作为一个单独的远端克拉通独立存在，二者在中元古时期是独立演化的，并且之间存在一个古海洋，大概在700 Ma的时代，罗迪尼亚古陆裂解之后，两块大陆逐渐漂移融合，在550～500 Ma的泛非造山运动中共同缝合为冈瓦纳古陆的一部分。当时乔马--卡洛莫地块可能位于卡拉哈里克拉通的西部边缘，和位于刚果克拉通南缘的伊鲁米德带在中元古时期不存在直接的联系。乔马--卡洛莫地块之后伴随两期的中元古代侵入事件，被更年轻的沉积盖层所覆盖[35--37]。

5 乔马--卡洛莫地块的矿产信息

非洲中南部矿产资源丰富，其中赞比亚—刚果(金)的卢弗里安弧(Lufilian Arc)为世界第一大铜、钴矿产地[38--43]；坦桑尼亚的维多利亚绿岩带为非洲第三大产金区[44--45]；津巴布韦的太古代花岗--绿岩地体为世界著名的贵金属、稀有金属聚集区[38]。乔马卡洛莫地块位于非洲中南部核心位置，前人对该区域进行过多次资源潜力评价，但乔马--卡洛莫地块中尚无成型的大型矿床，其中价值较大的矿产信息如下：

Guemsey等在Munyeke河附近的Kabimba石英岩组中发现含有锰的氧化物矿体，据记载锰矿石品位>16%，含锰、磁铁矿的石英岩呈互层状或透镜状产出，宽度从几毫米到60 cm不等，矿体褶皱构造发育，含矿层位总厚度约几十米[46]。之后赞比亚地调局再次对其取样分析，结果为SiO2：45.84%, Fe2O3：34.42%, Mn：5.13%, Pb：0.04%, Zn：0.02%, Cu：0.02%，锰含量变化较大[13]。

该地区的250 000水系沉积物测量显示在乔马地区东北部存在大量镍异常。该地区Ni背景值通常在20×10-6，但部分样品达到250×10-6以上，最大值达到840×10-6。当时并未对其进行查证，异常解释认为形成原因是未发现的镁铁质岩体[13]。

赞比亚地调局在该地区进行的放射性测量显示，在Munyeke河及其支流存在辐射异常，但附近的河床砾石和砂砾岩样品未见铀矿化，之后未进行查证。英美资源集团对卡鲁超群的Tara构造窗进行过煤炭资源潜力评估，但仅发现含碳质泥岩，未见工业矿体，之后放弃[13]。

在乔马--卡洛莫地体的变质沉积岩中存在后期侵入的含锡结晶花岗岩脉，岩性为石英--白云母花岗岩、石英--白云母--黑云母--长石--电气石花岗岩、含锡石英--白云母和石英--白云母--长石花岗岩，岩脉走向为NNE向，其中含锡(钽铌锂铍)的石英--白云母和石英--白云母--长石花岗岩在区域北东向剪切带中呈条带状分布，其矿物组合包括白云母、电气石、锡石、钽、铌、稀有金属和黑钨矿[13,15--16,47]，但对于其含矿性前人资料已经很难搜集到。鉴于乔马--卡洛莫地块南部的Dete--Kamativi构造窗中相似的含锡(钽、铌、锂、铍)花岗岩已经被开采利用(Kamativi和Lutope矿区，现已停采)，因此应该重视乔马--卡洛莫地块中含锡花岗岩的含矿性及规模，对其进行整体资源评价。

6 结论

(1)乔马--卡洛莫地块中的变质沉积岩的沉积时限可能在(1 861±5)Ma 之后，沉积盖层的蚀源区可能来自津巴布韦克拉通西侧的马工迪带，太古代碎屑锆石的存在证明了乔马--卡洛莫地块存在太古代基底。

(2)乔马--卡洛莫岩基是地体中部的一个大型深成岩体，根据U--Pb锆石年龄和侵入关系的研究，表明它可能一个1 352～1 174 Ma的中元古代复合侵入体。

(3)乔马--卡洛莫块体具有中元古代构造热历史。D1造山运动发生在1 345 Ma±，岩基早期阶段的侵入与该事件密切相关；随后D2运动可能发生在1 230 Ma，该运动引起了1 200 Ma时期构造后期花岗岩的侵入；在1 150～1 050 Ma，发生含锡结晶花岗岩的侵位，820 Ma赞比西造山运动叠加在乔马--卡洛莫地体北部，并最终受到550 Ma泛非造山运动的影响。

(4)根据岩浆事件的年代和模式对比，认为中南部非洲3个主要的中元古造山带基巴拉构造带、伊鲁米德构造带和乔马--卡洛莫地块之间的相互关系并不明显。中元古时期乔马--卡洛莫地块位于卡拉哈里克拉通的西部边缘，和刚果克拉通南缘的伊鲁米德带在中元古时期不存在直接的联系。

(5)乔马--卡洛莫地块中尚未发现较大规模的矿体，该区实现找矿突破的重点是1 150～1 050 Ma期间侵入的含锡花岗岩。因此应该重视含锡花岗岩的含矿性及规模，对其进行整体资源评价。