Stratigraphie und Tektonik am Südostrand des Luswishi Dome (Lufilian Belt) in Sambia

Abstract

Der SE-Rand des Luswishi Dome gehört zum Zentrum des metamorphen Kernbereichs (Domes Region) des pan-afrikanischen Lufilian Belt in Sambia. Stratigraphische, strukturelle, texturelle und petrologische Daten belegen eine polyphase Überprägung am SE-Randes des Dome während der lufilischen Orogenese, in deren Zuge es zur Ausbildung einer lithostratigraphischen Abfolge kam, die von tektono-metamorphen Einheiten bestimmt wird. Das Innere des Luswishi Dome besteht aus Biotitgneis und Granit des präkatangischen Basement Complex, in den während lufilischer Reaktivierung Pegmatite intrudiert sind. Er wird tektonisch diskordant von z.T. stark metasomatisch alterierten Metasedimenten der neoproterozoischen Katanga Sequence überlagert. Auf die Biotitschiefer der Unteren Katanga Sequence, in die der Biotite Spangled Schist (BSS), Biotitquarzite, Schwarzschiefer und Metamafite eingeschaltet sind, folgen nach einem tektonischen Kontakt die Metasilt/tonsteine mit hydrothermalen Brekzien der Oberen Katanga Sequence. Der tektonisch diskordante Kontakt zwischen Basement Complex und Katanga Sequence wird von einer Scherzone beschrieben, in die metasomatisch alterierte Lithologien aus den angrenzenden Einheiten eingeschuppt sind. Die Abfolge der tektono-metamorphen Einheiten am SE-Rand des Luswishi Dome spiegelt in erster Linie ehemals subsequent höhere Stockwerke der Mittel- und Oberkruste wider, die in der zweiten Deformationsphase der lufilischen Orogenese in ihre heutige Lage relativ zueinander gebracht wurden. Die lithostratigraphische Korrelation der tektono-metamorphen Einheiten mit dem östlichen (Chingola Gebiet) und dem westlichen Nachbargebiet (Solwezi Dome) zeigt eine Abnahme des Metamorphosegrades von Westen nach Osten. Die Abnahme des Metamorphosegrades reflektiert stärkere Heraushebung am Solwezi Dome und geringere Heraushebung im Chingola Gebiet während der zweiten lufilischen Deformationsphase. Die stärkere Heraushebung im Zentrum des Orogens verursachte ein gravitatives Abgleiten von Deckenkomplexen in die Randbereiche und trug zu einem allochthonen Deckenbau in der lithostratigraphischen Abfolge der Domes Region bei. Für die erste prograde Deformationsphase (D1) zeigt Lagenbau-parallele Einengung beträchtliche Krustenverdickung durch Überschiebung und Deckenstapelung an. In der zweiten Deformationsphase (D2) mündete dies aufgrund isostatischen Ausgleichs in der Heraushebung des Basement Complex, seiner Entkopplung von der Katanga Sequence, und der Abschiebung der katangischen Deckeinheiten innerhalb eines kompressiven Regimes. Daraus resultierende gleichzeitige Kompression und Extension bewirkten ein komplexes Deformationsmuster während D2, deren erstes Stadium (D2a) hauptsächlich duktil und deren zweites Stadium (D2b) überwiegend bruchhaft verliefen. Dem komplexen D2-Deformationsmuster liegen als Teildeformationen NW-gerichtete Kompression und sinistrale Blattverschiebung in der NE-streichenden Scherzone im Zuge einer Transpression zwischen Basement Complex und Katanga Sequence, eine N-vergente Faltung im lufilischen E-W-Trend mit Vergenzwechsel durch Rückfaltung und Rücküberschiebung sowie Abschiebung in östliche bis südöstliche Richtungen zu Grunde. Der tektonische Haupttransport während der lufilischen Orogenese im Untersuchungsgebiet war nach Norden gerichtet. Die Peak-thermalen Metamorphosebedingungen beschreiben eine Mitteldruck-Mitteltemperatur-Metamophose und nehmen vom Inneren des Dome (mittlere Amphibolitfazies) nach außen (untere Grünschieferfazies) ab. Dekompression, angezeigt durch die zeitliche Aufeinanderfolge der Mineralgleichgewichte Ky + Mg-Chl; Sil + Tlc; And in einem Talkschiefer aus der Scherzone (MASH-System), geht einher mit der Heraushebung des Dome-Inneren und Abschiebung der Deckeinheiten während D2. In der Scherzone bewirkte eine starke Zirkulation wäßriger Fluide eine intensive Metasomatose, bei der die betroffenen Lithologien an Na, K, Ca und Fe(II) verarmten sowie ehemals Feldspat-Glimmer-führende Gesteine massiv silifiziert wurden. In der Katanga Sequence führte Metasomatose zur Ausbildung von zahlreichen Alterationsgesteinen (z.B. Albitgestein, Skapolithgestein, Talkgestein).

The SE-flank of the Luswishi Dome belongs to the Domes Region that constitutes the metamorphic core of the Pan-African Lufilian Belt in Zambia. The stratigraphic, structural, and petrological data from the SE-flank of the Luswishi Dome prove a polyphase overprint during the Lufilian Orogeny, manifested in a tectonostratigraphic sequence that comprises biotite gneisses and granites in the internal Dome, intruded by pegmatites during the Lufilian reactivation. These basement rocks are discordantly overlain by metamorphosed and in parts strongly metasomatized sediments of the Neoproterozoic Katanga Sequence. The Lower Katanga sequence consists of biotite schists. It further contains the 'Biotite Spangled Schist' (BSS), biotite quartzites, graphitic schists, and metabasites. The metapsammopelites and local, hydrothermal breccias of the Upper Katanga Sequence follow upon a tectonic contact. The tectonic contact between Basement Complex und Katanga Sequence is accommodated by a major shear zone, in which adjacent rocks became imprecated and metasomatized. The tectonostratigraphic sequence at the SE-flank of the Luswishi Dome represents former levels of the middle and upper crust, which were transferred into their present position during the second deformational phase of the Lufilian Orogeny. The correlation with the neighbouring Chingola and Solwezi areas shows westwards increasing metamorphism, reflecting stronger exhumation in the central orogen, induced by the gravitational spreading towards the foreland. This way, the second Lufilian deformational phase has contributed to the allochthonous nappe structure. The first prograde deformational phase (D1) is associated with layering-parallel shorting, suggesting crustal thickening due to thrusting and nappe stacking. Isostatic compensation led to the exhumation of the Basement Complex by detachment and gravitational spreading of the Katanga sequence during the second deformational phase (D2). Ongoing compression and extension caused a complex deformation, subdivided in a first mainly ductile (D2a) and a second manly brittle state (D2b). The deformational pattern reflects NW-directed, compressional and NE-trending, left-lateral increments that delineate a transpression along the cover-basement contact. Moreover, the pattern exhibits N-verging folds in Lufilian trend, partly reoriented by back folding and back thrusting as well as by normal faulting towards southeastern directions. The overall tectonic transport during the Lufilian Orogeny is inferred to have been northwards directed. The peak-metamorphic conditions refer to a Barrovian metamorphism, rising form lower greenschist facies in the external envelope to middle amphibolite facies in the internal dome. The successive growth of mineral assemblages in whiteschists, containing (1) kyanite + magnesium-chlorite (2) sillimanite + talc (3) andalusite, indicates decompression in agreement with the exhumation of the internal dome accommodated by the detaching envelope during D2. Within the detachment zone between cover and basement, the circulation of hydrous fluids caused an intense metasomatism, during which the fault rocks became depleted of the elements Na, K, and Fe(II) and the feldspar-mica lithologies underwent massive silification. In the Katanga sequence, metasomatism led to alteration, manifested in the widespread occurrence of rocks, consisting entirely of albite, scapolite or talc.