喀麦隆中西部福万-班金剪切带Ngwi地区前寒武纪副变质片麻岩的岩石学及初步全岩地球化学：对变质演化、物源和构造背景的认识

《Journal of African Earth Sciences》：Petrography and preliminary whole-rock geochemistry of Precambrian paragneisses from the Ngwi area along the Foumban-Bankim Shear Zone (west-central Cameroon): Insights into the metamorphic evolution, provenance and tectonic setting

　　

摘要

本研究调查了沿富姆班-班金剪切带（FBSZ）分布的元古代恩格维副片麻岩的矿物组合和地球化学特征，旨在揭示其物源、沉积环境和变质演化历史。恩格维副片麻岩包括（1）黑云母-角闪石-石榴子石副片麻岩、（2）黑云母-角闪石副片麻岩、（3）黑云母-白云母副片麻岩和（4）黑云母副片麻岩。矿物共生组合揭示了进变-峰变-退变变质演化：（i）M₁进变阶段以石榴子石包裹体中保存的黑云母-长石-石英-硅线石-不透明矿物为代表，指示高级相角闪岩相条件（P～7–9 kbar，T～650–700°C），随后为（ii）M₂峰变阶段，由石榴子石-斜方辉石矿物对定义，特征为角闪岩相向高压麻粒岩相的过渡（P～10–13 kbar，T～700–800°C），对应于地壳增厚过程中的地壳埋深；（iii）M₃退变阶段，在降压和冷却过程中，斜方辉石发生假象化，石榴子石退变质为角闪石，角闪石不稳定分解为绿帘石，不透明矿物周围出现钛铁矿晕，与P～3–9 kbar，T～350–700°C一致，对应于泛非造山运动松弛阶段的地壳抬升。

这些副片麻岩的Al₂O₃/TiO₂（>8）、K₂O/Na₂O（>1）和100×TiO₂/Zr（<0.4）比值表明其物质来源为酸性至中性的火成岩地壳，并显著输入了砂屑物质。其化学蚀变指数（52–64）表明原岩经历了低至中等程度的化学风化。以晚期太古代澳大利亚平均页岩标准化的稀土元素（REE）配分曲线总体平滑，表现为负铕异常（Eu_N/Eu* = 0.73–0.90），黑云母-白云母副片麻岩除外（Eu_N/Eu* = 1.07）。此外，与轻稀土元素[(La/Sm)_N = 0.79–1.02]相比，这些岩石富集重稀土元素[(Gd/Lu)_N = 1.12–1.85]。其REE配分模式和负的Eu_N/Eu*暗示了以晚期太古代花岗岩为主的物质来源，沉积主要发生在被动大陆边缘，并受到大陆岛弧物质的影响。这种晚期太古代特征与将中喀麦隆剪切带（包括FBSZ）视为西中喀麦隆太古代至古元古代刚果克拉通北部边界的观点不一致，除非有同位素和碎屑锆石研究的进一步支持。

引言

对汇聚造山带的高温动力学过程及深部地壳作用的研究，可以通过高级变质岩的研究来促进。后者通常被认为是地质动力过程的有力证据，因为它们在地球演化过程中形成，并保留了反映其演化温度（T）、深度或压力（P）、流体相活动（X）和时间（t）的特征（如Pons, 2001；Kornprobst, 2003）。实际上，这些变质岩对P-T条件的细微变化高度敏感，能够在各种矿物共生组合上保留微观结构印记，这些印记是区域变质演化的精确见证者或指示剂。基于详尽的文献综述，在中级至高级变质岩中，可以通过间接温压计方法准确估算P-T条件，包括研究矿物相关系或微观结构组合（如Spear, 1993；Bucher and Grapes, 2011；Tcheumenak Kouémo et al., 2023）。此外，已认识到地球化学研究，如Zr–Th–V–Co含量、稀土元素（REE）行为以及[La/Yb]_N和Eu/Eu*比值，是研究变质沉积岩的适宜方法，用于评估变质沉积岩的性质、镁铁质和长英质物质的相对输入、沉积环境和地壳演化（如McLennan et al., 1995；Assomo Ngono et al., 2021；Mbola Ndzana et al., 2023）。

西中喀麦隆是一个复杂的地质域，以空间相关的太古代至古元古代中级至高级变质岩（变质泥岩、变质灰质云母片岩和角闪岩）为特征，其变质演化主要通过对变质泥岩和角闪岩的研究来推断，这些岩石主要分布在壳规模剪切带中，如Tcholliré-Banyo（TBSZ）剪切带或Buffle Noir-Mayo Baléo（BNMBSZ）剪切带和中喀麦隆剪切带（CCSZ）（详见图1b；如Bouyo Houketchang et al., 2013；Sobze Yemdji et al., 2023；Tcheumenak Kouémo et al., 2023）。CCSZ包括一个N030–050°E走向的段，即富姆班-班金剪切带（FBSZ），被统称为刚果克拉通的北部边界（如Kwékam et al., 2010；Liégeois et al., 2013），尽管其他研究将这一边界定义为TBSZ（如Goussi Ngalamo et al., 2017；Saha-Fouotsa et al., 2019）。尽管CCSZ已被广泛研究，但其副片麻岩单元的变质演化和地球化学特征至今仍未得到很好的约束。沿FBSZ出露的恩格维副片麻岩（±混合岩化）即是如此，其岩石地球化学特征仍是一个谜。

本研究提出的问题是：(1) 将恩格维副片麻岩的先驱沉积物转变为副片麻岩的区域变质事件的P-T条件是什么？(2) 变质沉积物的原始原岩特征和潜在沉积物源区是什么？(3) 沉积时占主导地位的构造环境是什么？本研究的目的是通过对元古代恩格维副片麻岩的矿物组合和地球化学特征进行研究来回答这些问题。

章节摘要

中非造山带

中非造山带（CAfOB，图1a）北界为撒哈拉元古界克拉通，南界为刚果克拉通（Abdelsalam et al., 2002；Liégeois et al., 2013）。该造山带在泛非造山运动期间（约680–520 Ma）经历了显著的再改造（Kr?ner and Stern, 2004；Saha-Fouotsa et al., 2019）。基于岩石学、同位素和构造学研究，喀麦隆的CAfOB被划分为西部、中部和南部喀麦隆地体。

微观结构分析和温压研究的样品采集

在野外工作中，从每个岩石学单元采集新鲜样品用于显微镜观察。薄片制备在托哥洛美大学地质实验室完成，选定的岩石样品平行于应变椭球体的XZ面切割。从选定的副片麻岩样品中共制作了九件薄片，包括黑云母-角闪石-石榴子石副片麻岩（3件）、黑云母-角闪石副片麻岩（3件）、黑云母-白云母副片麻岩（1件）和黑云母...

岩石学和变质矿物组合

恩格维地区元古代基底岩石主要由副片麻岩组成，伴有正角闪岩的岩包和岩带，偶见条带状副角闪岩（图2b）。在露头尺度上，副片麻岩具有明显的片理，为中粒灰色至深灰色岩石，其特征是富含黑云母±石榴子石±角闪石±斜方辉石±白云母的深色条带与毫米至厘米厚的石英-长石条带交替出现。在某些地方，这些...

微观结构印记

钛铁矿是一种Fe-Ti氧化物，广泛存在于岩浆岩和变质岩中，如变质泥岩和变质玄武岩（如Ghent and Stout, 1984）。钛磁铁矿通常发现于岩浆岩而非变质岩中（如Harlov, 2000）。在变质岩中，富含钛的端成分（Ulv?spinel, Fe₂TiO₄）通常发生出溶，钛磁铁矿氧化为贫钛磁铁矿和钛铁矿的混合物。在恩格维副片麻岩中，有两种类型的钛铁矿晕（Ttn₂）...

结论

本研究的发现和结论如下：

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  恩格维副片麻岩包括(i)黑云母-角闪石-石榴子石副片麻岩、(ii)黑云母-角闪石副片麻岩、(iii)黑云母-白云母副片麻岩和(iv)黑云母副片麻岩。
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  副片麻岩中的矿物共生组合揭示了顺时针变质P-T路径，包括角闪岩相上部的进变阶段（M₁）（P～7–9 kbar，T～650–700°C），峰变条件（M₂）达到角闪岩相–高压麻粒岩相...

CRediT作者贡献声明

Ludovic Achu Megnemo：写作——审阅与编辑、写作——初稿撰写、可视化、验证、软件、资源、项目管理、方法论、调查、形式分析、数据管理、概念化。Gustave Ba?ssemia Ronang：写作——审阅与编辑、可视化、验证、软件、资源、方法论、调查。Rodrigue Martial Topien：写作——审阅与编辑、可视化、验证、软件、资源、方法论、调查。Jules...

生成式AI声明

作者声明在撰写本稿件过程中未使用生成式AI。

资助

作者声明本研究、撰写和发表未获得任何资助。

利益冲突声明

作者同意，实际工作是在没有可能被视为合理利益冲突的个人、财务或商业互动的情况下完成的。

致谢

作者感谢Ndiéki和Ngwi地区的酋长们的好客以及在野外考察期间为整个研究团队提供的住宿条件。J. Efon Awoum博士、R.B. Sobze Yemdji博士和A.B. Kamgang Tchuifong博士在野外工作中提供了宝贵的支持。薄片制备在托哥洛美大学地质实验室完成。我们衷心感谢该大学的S. Mohaman Ta?rou提供设施支持。感谢S. Che提供的帮助...

Ludovic Achu Megnemo|Gustave Ba?ssemia Ronang|Rodrigue Martial Topien|Jules Tcheumenak Kouémo|Eric Martial Fozing|Safianou Ousmanou|Aman Sufinatu Limnyuy|Maurice Kwékam

喀麦隆，Dschang，67，Dschang大学，科学学院，地球科学系