Titel Promotor Affiliaties "Korte inhoud" "Metallogenese van de Cu-Co ertsafzettingen in de Centraal Afrikaanse Copperbelt, informatie uit REE patronen en het Lu-Hf isotopisch systeem." "Philippe Muchez" "Afdeling Geologie" "Dit project focust op de Centraal Afrikaanse Copperbelt, een Neoproterozoïsche stratiforme Cu-Co ertsprovincie en bestaat uit drie delen. Het eerste deel focust op de geotectonische evolutie van de sokkel in de omgeving van het Katanga Bekken waarin de ertsafszettingen voorkomen. Het tweede deel gebruikt zeldzame aarde patronen in gangcarbonaten die geassocieerd zijn met de ertsen als proxies voor de hydrothermale mineralisatie-gerelateerde processen. Het laatste deel onderzoekt het potentieel van het Lu-Hf isotopensysteem voor datering en tracering van de metaalbronnen.Deel I. Geotectonische evolutie van de Centraal Afrikaanse Cratons voorafgaand aan de Neoproterozoische mineralisatie in de Copperbelt De Centraal Afrikaanse Copperbelt is één van de drie voornaamste stratiforme koperertsbekkens, samen met het Siberische Kodaro-Udokan bekken en het Centraal Europese Kupferschiefer bekken. De gunstige architectuur en beschikbaarheid van metalen die resulteerde in de vorming van de gigantische Copperbelt erts provincie wordt uiteindelijk bepaald door de tektonische evolutie die de Neoproterozoische mineralisatie voorafgaat. Daarom onderzocht dit project in een eerste fase de tektonische geschiedenis van de omliggende sokkel eenheden, via bulk geochemische gegevens van representatieve magmatische en metasedimentaire monsters van de sokkel eenheden rond de Copperbelt, in combinatie met beschikbare Sr-Nd isotopen.De verarmde mantel Nd model ouderdommen geven korstresidentie tijden van 2.4-2.6 Ga aan voor granitoide gesteenten in de oostelijke Domes regio, terwijl ortho- en paragneissen in het Mwombezhi massief variabele residentietijden tussen 2.2 en 3.1 Ga geven. Deze ouderdommen sluiten een juveniele Paleoproterozoische eilandboog herkomst uit en tonen aan dat de Domes massieven direct onder de Copperbelt cryptische Archeaan bronnen bevatten, zowel in het centraal gelegen Mwombezhi massief als in het oostelijke deel van de Domes regio. De leeftijden zijn grotendeels gelijk aan die in de aangrenzende Mansa regio in het Bangweulu Block, waar meta-vulkanieten model ouderdommen geven van 2.2 tot 2.3 Ga, terwijl dit bij de geassocieerde granieten rond 2.5 Ga ligt. In de centrale Bangweulu regio hebben granitoide gesteenten modelouderdommen van 2.9, 3.1 en 3.6 Ga, terwijl metasedimenten in deze regio tussen 1.9 en 2.6 Ga ligt. De Irumide Gordel omvat modelouderdommen tussen 2.5 en 3.2 Ga, wat consistent is met de voorgestelde evolutie als gemetacratoniseerde rand van het Bangweulu Block. De gegevens voor de Bangweulu en Irumide regio’s bevestigen dus de overvloedige herwerking van korstmateriaal sinds het Archeaan. De petrochemische en isotopische gelijkenissen tussen de stollingsgesteenten in de oostelijke Domes lijkt het voorgestelde Paleoproterozoisch magmatisme in de context van een noord-zuid gerichte convergentie te bevestigen.De geochemische samenstelling van de mafische Kibara gesteenten is consistent met een eilandboog-type gesteenten. In combinatie met de modelouderdommen van 2.7-2.8 Ga en een sub-suite van zwak metalumineuze granieten bevestigt dit de eerder afgeleide actieve continentale rand rond 1375 Ma. Dit laatste is moeilijk te rijmen met de voorgestelde gelijktijdige intracratonische evolutie voor de aangrenzende Karagwe-Ankole Gordel, aangezien beide Mesoproterozoische gordels zijn gebonden aan de Congo en Tanzania-Bangweulu platen. Gebaseerd op een geïntegreerde geochemische, radiometrische en structurele dataset, hebben we een nieuw regionaal geodynamisch kader voorgesteld met een overgang van een extensioneel naar een collisioneel regime in de Karagwe-Ankole Gordel. Dit kader verklaart de aanwezigheid van arc-type meta-vulkanieten in de Karagwe-Ankole Gordel en het sedimentaire hiaat op 1375-1220 Ma. Dit impliceert een back arc bekken setting voor de Karagwe-Ankole Gordel, gesuperponeerd op een grote magmatische provincie zoals blijkt uit het voorkomen van de Lake Victoria Dyke Swarm rond 1370 Ma. De ultramafische gelaagde complexen die intrudeerden op 1400-1375 Ma langsheen het Kabanga-Musongati alignment zijn waarschijnlijk gerelateerd aan asthenosferische opwelling langs een transcrustale zwakte zone, die waarschijnlijk overeen komt met een paleo-sutuur.De samenstelling van de sterk peralumineuze granieten in de Kibara Gordel is niet indicatief voor een specifieke tectonische setting, maar is consistent met een oorsprong gerelateerd aan metapeliet dehydratie smelten. De gelijkaardige isotopische compositie met de zwak metalumineuze granieten suggereert dat ze voornamelijk gelijkaardig korstmateriaal opsmelten. De precieze context voor het magmatisme rond 1000 Ma in de Kibara Gordel blijft enigmatisch. Mantel delaminatie zou de hitte kunnen genereren die nodig is om volumineuze granietintrusies te genereren, maar zou ook geassocieerd zijn met beperkt mafisch magmatisme, wat niet gekend is in deze regio. De huidige aanwijzingen wijzen op een collisionele setting, wat meteen ook het voorkomen van orogeen-type goudafzettingen in deze regio verklaart.Deel II. Systematiek van zeldzame aarde en yttrium (REEY) patronen in gangcarbonaten: potentieel voor traceren van metaalbronnen en hydrothermale evolutieDe oorsprong van de Copperbelt ertsen wordt geïnterpreteerd als het resultaat van uitloging van de sokkelgesteenten door hete pekels die doorheen het bekken bewegen. De resulterende metaal-rijke pekel interageert vervolgens met de sedimentaire eenheden rijk aan sulfiden en organisch materiaal, waardoor de metaal-sulfide afzettingen ontstonden. Het tweede deel van het project richt zich op de mogelijkheden van zeldzame aarde en yttrium (REEY) patronen in gangcarbonaten die samen voorkomen met de sulfide-ertsen, voor het traceren van metalen bronnen en hydrothermale processen. In een eerste fase wordt een source-sink aanpak ontworpen om de belangrijkste processen die de hydrothermale massa-overdracht van REEY bepalen te visualiseren. De toevoeging van zeldzame aarden tijdens vloeistof-gesteente interactie is een complexe functie van de stabiliteit van de aanwezige mineralen bij de specifieke interactieomstandigheden. De momenteel beschikbare benaderingen voor dit proces voornamelijk empirisch. Langs het traject van de vloeistof naar de ertsafzetting wordt de REEY fractionering eveneens beïnvloed door complexatie en sorptie, twee processen die de saturatietoestand van REEY-sequestrerende minerale fasen mee beïnvloeden. Afhankelijk van de mineralogische controle van de gesupersatureerde mineraalfase kan Rayleigh fractionatie langs het traject de REEY fractioneren. Op de plaats van de ertsafzetting worden de REEY vervolgens herverdeeld volgens de mineralogische controle door gangcarbonaat, de coprecipiterende mineralen en de retentie in stabiele complexen in de vloeistof.Uit deze systematische aanpak blijkt dat de uiteindelijke patronen in de gang carbonaten een complexe functie zijn van gesuperponeerde processen waarvoor kwantitatieve data ontbreekt. Terwijl de toepasbaarheid voor de tracering van de metaalbronnen hierdoor wordt beperkt, kunnen REEY patronen in gangcarbonaten worden aangewend voor identificatie van de dominante hydrothermale processen die de uiteindelijke patronen op de plaats van de erts-afzetting bepalen.Deze aanpak werd vervolgens toegepast op zes ertsafzettingen, om de REEY variatie op afzettingsschaal ten gevolge van fractionering door hydrothermale processen in de verschillende stadia in de meerfasige mineralisatie te testen, en ook om de aanwezigheid van een lithologie-afhankelijk gastgesteente effect te controleren.De Kamoto en Luiswishi afzettingen zijn twee Co-rijke Congo-type stratiforme afzettingen die gevormd zijn in carbonaatgesteenten. De dolomietische gangmineralen geassocieerd met de ertsen worden hier gekenmerkt door een extreme verarming in de lichte zeldzame aarden (LREE), opwaarts convexe patronen genormalizeerd over de Post-Archeaan Average Shale (PAAS) samenstelling en relatief lage totale zeldzame aarde concentraties. De opwaarts convexe vorm is duidelijker in de Kamoto gangdolomieten dan in de Luiswishi gangdolomieten, en deze laatste vertonen algemeen meer negatieve Eu anomalieën. Magnesieten uit Luiswishi tonen log-lineaire stijgende patronen consistent met de verwachte mineralogische controle door magnesiet. De verschillende dolomiet-patronen tussen beide ertsafzettingen in termen van Eu anomalieën en midden tot zware zeldzame aarde fractionering kan worden toegeschreven aan verschillende fysisch-chemische omstandigheden tijdens mineralisatie, zoals bijvoorbeeld een hogere metamorfosegraad in Luiswishi. Algemeen wijzen deze kenmerken op precipitatie van een LREE-selectieve fase langsheen het traject van het mineralizerend fluidum, mogelijks een fosfaat of een carbonaat mineraal.De Nkana en Konkola afzettingen zijn Zambia-type stratiforme ertsafzettingen met een respectievelijk hoog en laag Co gehalte, en worden voornamelijk omgeven door siliciclastische gesteenten, met variabele voorkomens van carbonaat gastgesteenten. De REEY patronen in dolomiet en calciet uit Nkana evolueren van opwaarts-convexe PAAS-genormalizeerde patronen tot log-lineair stijgende patronen. Samen met de petrologische en structurele karakteristieken wijst dit erop dat de patroonevolutie gerelateerd is aan de evolutie van relatief lage temperatuurscondities naar greenschist facies omstandigheden. De LREE verarming bij Nkana en Konkola is niet zo uitgesproken als in de Kamoto en Luiswishi dolomieten en de totale REE concentraties zijn over het algemeen hoger. De verschillen tussen de onderzochte Zambia-type en Congo-type ertsafzettingen wijzen daarom op een verschillend gastgesteente effect.De opwaarts convexe PAAS-genormalizeerde REEY patronen in de gangcarbonaten uit de ader-type Dikulushi ertsafzetting zijn consistent met een mobilisatie van de vroege Cu-Pb-Zn mineralisatie fase door een latere Cu-Ag fase, zoals gesuggereerd door de gelijkaardige vorm van de patronen. De lagere totale zeldzame aarde concentraties geven aan dat dit gebeurde, bij condities die minder gunstig zijn voor REEY transport. De PAAS-genormalizeerde REEY patronen van de gangdolomieten geassocieerd met de adertype Kipushi ertsen, zijn ofwel vlak tot opwaarts convex zonder significante Eu anomalieën bij Fe- en Mn-rijke gangdolomieten, ofwel opwaarts convex met een sterke LREE verarming, uitgesproken negatieve Eu anomalieën en algemeen hogere zeldzame aarde concentraties in Fe- en Mn-arme gangdolomieten. Deze patroontypes in combinatie met de verschillen in redox-gevoelige elementen zijn indicatief voor een overgang naar meer oxiderende omstandigheden in het mineraliserend fluidum.Deel III. Daterings-potentieel van de Lu-Hf en Sm-Nd methode voor hydrothermale carbonaten.Het laatste deel van dit project richt zich op het daterings-potentieel van de Lu-Hf en Sm-Nd isotoop systemen voor hydrothermale carbonaten. Beide dateringsmethoden werden getest op gangdolomieten geassocieerd met de Kipushi ertsafzetting. Hf kon niet op betrouwbare wijze worden opgespoord binnen de isotoopverdunde fracties en in niet-verdunde fracties. De lage Hf concentraties impliceren dat preconcentratie methoden waarschijnlijk noodzakelijk zijn voor een succesvolle Lu-Hf datering van hydrothermale carbonaten. De Sm-Nd ratios werden berekend uit de isotoop-verdunning op identieke stalen. De gelijkaardige Sm/Nd ratios en huidige Nd isotoopsamenstelling suggereren dat monsters ongeveer gelijke initiële Nd isotoop ratios bevatten. Gegevens met een grotere spreiding in Sm/Nd ratios zijn nodig om het dateringspotentieel van deze methode te bevestigen."