喀麦隆火山线加林-蒂格涅段新生代酸性火山岩的岩石成因、地球化学年代学及浅成热液型金矿成矿潜力

《Journal of African Earth Sciences》：Petrogenesis, geochronology, and epithermal gold mineralization potential of Cenozoic felsic volcanic rocks in the Galim-Tignere sector, Cameroon Volcanic Line

　　

摘要

本研究整合了喀麦隆火山线（CVL）Galim-Tignère区域浅成酸性火山岩组合的岩相学、矿物学、地球化学以及锆石U-Pb和Lu-Hf同位素数据，以约束其岩石成因、地质年代学以及与其热液系统的关系。所研究的岩石包括亚碱性流纹岩和碱性粗面岩，以带状熔岩流和热液角砾岩形式产出。岩相学和X射线衍射（XRD）分析鉴定出石英-长石矿物组合，伴有高岭石、地开石和钠地开石蚀变矿物。这些发现，特别是地开石的存在，与温度超过200°C的酸性热液蚀变一致，标志着浅成热液环境中典型的晚期泥化蚀变系统。全岩和锆石微量元素揭示出无水、还原性岩浆，其特征为显著的斜长石分异和Nb-Ta富集。锆石Lu-Hf组成指示了异质的岩浆形成组分：约52 Ma的Galim流纹质锆石具有正的εHf(i)值（+2.87至+12.38；均值+7.19 ± 2.64），而约12 Ma的Tignere粗面质锆石具有较低的值（?7.20至+2.48；均值?2.21 ± 2.06）。这些数据与受地幔影响、与较古老大陆地壳相互作用程度不同的岩浆系统一致。锆石U-Pb年代学确定了Galim一致的始新世结晶群（51.9 ± 0.1 Ma）和Tignere的中新世群，其中统计一致的 youngest 分析结果为11.9 ± 0.1 Ma。三个更年轻的Galim锆石（约28–30 Ma）被单独处理，因为它们的来源和意义仍未解决。研究结果记录了CVL该区域的新生代酸性岩浆活动，并为解释空间上相关的低硫化Au-Ag热液系统提供了岩石学框架。Galim的岩浆活动与Mayo Darlé（约54 Ma）等富金属（Sn）非造山花岗岩复合体同期，表明在始新世期间，亚当瓦高原跨CVL存在广泛的岩浆活动和可能的成矿事件。

引言

浅成热液金矿床通常发现于俯冲带和弧系统中，并根据其不同的氧化态和火山弧中的空间分布按硫化程度进行分类（Hedenquist et al., 2000; Simmons et al., 2005; Richards, 2013）。高硫化型矿床通常发育在近侧浅部火山环境中，而低硫化和中硫化型矿床则在不同深度的岩下环境中发育，通常过渡为更深的斑岩相关环境。具有高挥发分含量的弧火山环境促进了广泛的热液流体循环和矿物蚀变过程，驱动了地壳中来自围岩和成矿流体中元素的迁移和封存（Sidorov et al., 2015）。因此，许多浅成热液和斑岩矿床通常形成连续的矿床带，如环太平洋地区。内华达北部裂谷的中新世低硫化（LS）浅成热液系统，特别是Mule Canyon和Buckhorn矿床，例如，与传统弧相关模型不同（John et al., 2003）。这些系统与黄石地幔柱触发的双峰式（玄武岩-流纹岩）火山活动有成因联系，其中中新世中期的岩石圈伸展促进了含金热液流体在板内环境中的集中上升。类似地，约旦的Wadi Abu Khushayba矿床展示了东非裂谷系统北端类似的LS矿化现象（Al-Hwaiti et al., 2010）。该矿床赋存于晚期新元古宙（约560 Ma）的角砾化流纹质和正长花岗质岩组合中，矿化由含金石英脉和石英-碳酸盐组合组成。锐壁脉和阶段性角砾化的普遍存在表明脆性构造控制，涉及古老基底断裂的再活化（Al-Hwaiti et al., 2010）。这些例子表明，浅成热液Au-Ag矿化不仅限于传统的俯冲相关火山弧，也可能在伸展和板内火山环境中发育。

尽管浅成热液金矿床在全球范围内普遍存在，但在其他地质环境中对其了解甚少。Galim-Legalgorou的低硫化Ag-Au矿化赋存于角砾化流纹岩中，位于喀麦隆火山线（CVL）西北分支的大陆内部火山省内（图1）。它代表了喀麦隆中唯一有记录但了解尚少的火山成因浅成热液系统（Ngang et al., 2024, 2026），也是板内环境中浅成热液金矿床的罕见例子之一（Corbett, 2002; Pirajno, 2007; Kelley et al., 2020）。除了广泛的硬岩手工采矿外，该矿区还进行了系统的首轮勘查。Daewoo International在2015-2016年间完成了15个垂直方向的金刚石钻孔，钻遇了角砾化凝灰岩和含金黄液角砾岩，原岩为流纹质至粗面质（Ngang et al., 2024）。在Galim-Legalgorou，所有自然金银矿颗粒核心中的高Ag浓度，以及分带颗粒中从富金核心到富银外壳的突然过渡，表明涉及Au/Ag特征不同的流体的多阶段热液演化（Ngang et al., 2024）。自然金银矿含有高达53.1 wt% Ag和44.35 wt% Au，具有富Ag浅成热液矿化的低成色特征（Ngang et al., 2024）。最近，Ngang等（2026）记录了流纹岩是主要的赋矿岩性，并报告了低盐度、Na-K为主的热液流体、沸腾相关的流体演化以及约180-303°C的温度，为低硫化浅成热液环境提供了额外的约束。

虽然Galim-Legalgorou的赋矿火山岩最近已在主量和微量元素组成方面进行了表征，但相邻的火山中心Tignere（位于Galim-Legalgorou东北方向约60公里处）在地球化学上仍然缺乏表征。因此，关于这些火山岩的时间演化、岩浆源、氧化态和区域岩浆关系的重要问题仍然存在，以及它们对该段喀麦隆火山线（CVL）矿床演化的意义。沿CVL的大部分酸性火山单元被解释为板内环境中地幔来源的基性岩浆经地壳混染和分异结晶形成的（Vicat et al., 2002; Kamgang et al., 2007; Wandji et al., 2008; Bate Tibang et al., 2017, 2026）。这些岩浆过程跨越晚白垩世到新生代，对于理解CVL及其相关成矿流体的演化至关重要（Nkouandou et al., 2007）。乍得湖地区类似的双峰式硅质火山活动也表明，过铝质和过碱性硅质岩石可由基性母岩浆的分异产生，并随后经历低温蚀变（Shellnutt et al., 2016, 2022）。

本研究首次对Galim-Tignere的赋矿火山岩进行了全面的表征，整合了岩相化学数据、氧化还原条件以及与矿化相关的酸性单元的年代学演化。我们采用锆石U-Pb年代学来约束火山喷发时间，而锆石Lu-Hf同位素系统学则追溯岩浆源并识别下伏裂谷系统的地壳结构。将锆石U-Pb和Lu-Hf数据与氧化还原敏感微量元素地球化学相结合，为表征这些火成岩系统的年代学和岩浆演化提供了综合框架（Embui et al., 2020; Loucks et al., 2020; Tantoh et al., 2024; Large et al., 2024; Osorio et al., 2024）。此外，锆石微量元素化学被用于证明酸性岩浆已充分氧化以防止金在深部地壳中被捕获，使其能够被运移并富集到角砾化流纹岩中。这些数据组有助于揭示区域构造演化和金矿化的成因。

章节摘要

地质背景

Galim-Legalgorou和Tignere火山体位于喀麦隆火山线（CVL）的北部大陆区段内，更广泛地属于Tchabal Mbabo火山省（图1）。Fagny等（2020）将Tchabal Mbabo地块描述为一个重要的始新世-渐新世碱性火山中心，其特征为碱性火山岩系列，从苦橄质玄武岩和玄武岩经过粗玄质玄武岩和粗玄质安山岩到粗面岩和流纹岩。他们的研究表明，基性……

采样和分析方法

酸性岩性在CVL西北段进行了采样（补充材料表1），具体地点为Galim的Legalgorou和Tignere地区的Faro Range，约位于Galim东北方向60公里处（图1b）。在Galim，样品在活跃浅成热液金矿坑的近侧和远侧进行了采集，以捕捉完整的岩性和热液变化范围。在Tignere地区的Faro Range，采样集中于一个具有高度结构特征的具有代表性的酸性火山体。

岩相

Galim-Tignere火山区以Galim的流纹岩和Tignere的粗面岩为特征（图1b）。这些单元以一系列复杂的熔岩流和火山碎屑沉积的形式产出。流纹质单元以块状熔岩流、流带层位、角砾化沉积和流纹质凝灰岩的形式产出（图2）。在手标本中，流纹岩显示出从隐晶质到斑状的构造，基质构造从玻璃质到微晶质变化（图2a, b, d, e, g）。流带……

酸性岩浆活动的时间和区域相关性

本研究的U-Pb年代学数据将Galim的岩浆活动高峰限定在始新世（51.9 ± 0.1 Ma）。这一年龄代表了一个显著的早新生代板内钙碱性脉冲，早于喀麦隆火山线（CVL）特征性的从渐新世到现代的富熔量碱性玄武岩火山活动（Marzoli et al., 1999, 2000; Adams, 2022）。Galim酸性火山岩与热液蚀变之间的密切空间和地质联系提供了……

结论

本研究的主要目的是整合Galim和Tignere酸性岩组合的岩石学、年代学和同位素地球化学数据，以约束其演化及其与热液系统的关系，从而深入了解喀麦隆火山线（CVL）。从研究中可以得出以下主要结论：

• 野外、岩相学和XRD证据记录了岩浆岩随后受热液角砾化、硅化以及……

CRediT作者贡献声明

Kouankap Gus Djibril：审阅与编辑，监督。Edelquine Bongsiysi Fai：审阅与编辑，原始草稿撰写，正式分析。Cheo Emmanuel Suh：审阅与编辑，验证，监督，资源，项目管理，方法学，调查，资金获取，概念化。John Cottle：审阅与编辑，验证，资源，方法学，调查，资金获取，正式分析，数据管理。Edith Tibang：……

未引用参考文献

Blichert-Toft and Albarede, 1997; Claiborne et al., 2010; Déruelle et al., 2007; R et al., 2001; Heinrich, 2024; Horstwood et al., 2016; Ji et al., 2025; Kennedy et al., 2014; Li et al., 2023; Stern et al., 2009; Wu et al., 2007; Yousefi et al., 2024.

利益冲突声明

作者没有利益冲突需要报告。

致谢

本文是EBF在巴门达大学正在进行的博士学位论文的一部分。CES感谢亚历山大·冯·洪堡基金会（AvH Stiftung）在Bernd Lehmann教授的支持下提供的持续国内研究资助。通过CES和JMC与巴门达大学的合作，以及通过FMZ与KAUST的合作，深表感谢。在KAUST进行的研究分析和EBF在KAUST的研究停留由KAUST基线基金BAS/1/1408-01-01资助，授予FMZ。特别感谢……

作者信息

Edelquine Bongsiysi Fai|Cheo Emmanuel Suh|Froukje M. van der Zwan|John M. Cottle|Edith Etakang Bate Tibang|Ralain Bryan Ngatcha|Om Prakash Pandey|Terence Cho Ngang|Kouankap Nono Gus Djibril

巴门达大学理学院地质学、采矿与环境科学系，喀麦隆西北区巴姆比利，P.O. Box 39