Genesis of the Navachab Gold Deposit, Namibia
Final Report Abstract
Die Navachab gold mine in Namibia befindet sich in Marmor, Kalksilikatgestein und Biotitschiefer der Damara Sequenz. Zur Untersuchung der Prozesse und Bedingungen der Fluid-Gesteins Wechselwirkung, sowie des Element-Transports und der Quelle der hydrothermalen Lösungen wurden die Erzkörper, Alterationszonen und unalterierten Gesteine petrologisch und geochemisch untersucht. Die Goldvererzung ist mit semi-massiven Sulfidlinsen und Quarzsulfidgängen assoziiert. Während die Sulfidlinsen nur im gebänderten Kalksilikatgestein der Okawayo Formation vorkommen, durchschlagen die Gänge alle lithologischen Einheiten. Die Mächtigkeit und Mineralogie der Gänge hängt dabei von der Zusammensetzung und Rheologie der Nebengesteine ab. In den Biotitschiefern und Kalksilikatgesteinen erreichen die Gänge eine Mächtigkeit von mehreren Dezimetern, und bestehen vor allem aus Quartz. Die Quarzsulfidgänge in den Marmoren sind wenige Millimeter mächtig, stark gefaltet, und bestehen hauptsächlich aus Sulfiden. Je nach Lithologie treten folgende Alterationszonen auf: 1) eine Aktinolith-Quarz Alteration im Biotitschiefer, 2) eine Granat-Klinopyroxen-Orthoklas-Quarz Alteration im Marmor und Kalksilikatgestein, und 3) eine Granat-Biotit Alteration, die in allen Lithologien vorkommt, im Marmor aber sehr selten ist. Die Erzkörper zeichnen sich durch eine polymetallische Erzparagenese aus, und bestehen aus Pyrrhotin, Kupferkies, Arsenopyrit, Wismut, Gold, Wismutinit, und Wismut-Tellurit. Berechnungen von Massenbilanzen zeigen eine erhebliche Zufuhr von Au, Bi, Ag, Cu, Fe, Mn und Si an. Konventionelle Thermometry sowie Modellierungen von Pseudoschnitten ergeben PT-Bedingungen von ca. 500-600°C and 2 kbar. Die PT-Bedingungen der Goldvererzung sind denen der regionalen Metamorphose identisch. Die hydrothermale Überprägung der Nebengesteine führte zu einer Lösung von Karbonat und einer starken Anreicherung von CO2 im Fluid. Die Dekarbonatisierung der Nebengesteine sowie eine geringe Konzentration von SEE im Fluid resultierten in einer Remobilisierung der SEE, und einer Entkoppelung der schweren und leichten SEE. Die petrologischen und geochemischen Daten zeigen auch, dass die Aktinolith-Quarz- und Granat-Klinopyroxen-Orthoklas-Quarz Alterationen im Gleichgewicht mit einem Sigesättigtem oder übersättigtem Fluid waren, und von der Zusammensetzung der Nebengesteine gepuffert waren. Im Gegensatz dazu entstand die Granat-Biotit Alteration durch die Wechselwirkung mit einem Si-untersättigten Fluid, und wurde vor allem von der Zusammensetzung des Fluids bestimmt. Dies deutet auf Schwankungen in den Fluid-Gesteins Verhältnissen und Änderungen der Fluid-Zusammensetzung hin, z.B. aufgrund zyklischer Druckschwankungen des sogenannten „fault valve“ Modells. Granat aus den Alterationszonen zeichnet sich durch komplexe Zonierungsmuster aus, die diese Alterationsgeschichte wiederspiegeln. Die Minerale bilden Spessartin-Grossular- Almandin Mischkristalle, die sich durch ein Zweiphasenwachstum auszeichnen. Granate der Phase I bilden die Kerne von Porphyroblasten, und zeigen ein glockenförmiges Zonierungsmuster. Diese frühen Granate haben eine hohe Spessartin-Konzentration, ihre Zonierung spiegelt die fortschreitende Abnahme von Mn im Fluid wider. Granate der Phase II überwachsen die Mn-reichen Granat-Kerne, und dokumentieren den Beginn eines erhöhten Fluidflusses und hydrothermalen Gold-Vererzung. Diese späten Granate zeigen eine deutlich erhöhte Grossular-Konzentration. Die erhöhten Ca-Werte korrelieren mit einer Zunahme der SEE, was auf eine Anreicherung dieser Elemente im Fluid hinweist. Während Phase II werden die Granat-Kerne in den semi-massiven Sulfidlinsen angelöst, die neu gewachsenen Granate der Phase II zeichnen sich durch eine ungleichmäßige Zonierung aus. In der umgebenden Myloniten der Granat-Biotit Alteration zeigt der späte Granat oszillierende Zonierung, was auf eine episodische Zufuhr von Fluid hindeutet. Das erzbildende Fluid war eine H2O-CO2-CH4-NaCl-CaCl2-Mischung mit niedriger bis moderater Salinität. Die O-Isotope von Quarz aus den Gängen variiert zwischen 14 und 15 ‰ (V-SMOW). Die Gesamtvariation im Biotitschiefer und Kalksilikatgestein ist relativ gering (12-14 ‰), während der Marmor durch starke Gradienten in der O-Isotopie gekennzeichnet ist (17 bis 21 ‰). Die niedrigsten Werte kommen am Kontakt zu den Gängen vor. Trotz dieses Zusammenhanges gibt es keine Korrelation zwischen den d18O und d13C- Werten und dem Karbonatgehalt der Marmore. Dies zeigt, dass die Fluid-Gesteins- Wechselwirkung als Erklärung allein nicht ausreicht. Der Marmor zeigt außerdem eine Zunahme von d13C am Kontakt mit den Gängen. Die hohen d13C-Werte sind vermutlich auf die Bildung von Methan durch die Reaktion von Wasserstoff aus dem Fluid und CO2 aus dem Marmor zurückzuführen. Die Goldfällung erfolgte im Gleichgewicht mit einem metamorphen Fluid (d18O = 12 bis 14 ‰; dD = -40 bis -60 ‰) während des Peaks der Metamorphose von ca. 550°C und 2 kbar, im Einklang mit den Isotopen-Fraktionierungen zwischen Granat, Kalzit und Klinopyroxen. Die wahrscheinlichste Quelle der erzbildenden Lösungen war ein metamorphes Fluid im Gleichgewicht mit amphibolit- bis granulitfaziellen Metapeliten der Damara Sequenz. Obwohl es keinen isotopischen Hinweis auf die Mitwirkung magmatischer Fluide gibt, leisteten letztere möglicherweise einen wichtigen Beitrag zum hydraulischen Gesamtsystem sowie den stark erhöhten geothermischen Gradienten (ca. 80°/km-1) im Bereich der Lagerstätte.
Publications
- 2003, Metamorphism in the Karibib District in the Central Zone of the Damara Orogen, Namibia. Supplement of the European Journal of Mineralogy, v. 15, page 42
Dziggel, A., Kisters, A.F.M., Kolb, J., Meyer, F.M.
- 2004, The banded calc-silicates of the Navachab Gold Deposit, Namibia: sedimentary origin or alteration? Geoscience Africa 2004, Extended Abstract Volume, v. 2, p. 709-710
Wulff, K., Dziggel, A., Kolb, J., Kisters, A.F.M.
- 2004, The Navachab Gold Deposit, Namibia: an orogenic marble hosted gold deposit? Supplement of the European Journal of Mineralogy, v. 16, page 161
Wulff, K., Dziggel, A., Kolb, J., Meyer, F.M.
- 2005, Alteration characteristics of the Navachab gold deposit, Namibia. Supplement of the European Journal of Mineralogy, v. 17, page 150
Wulff, K., Dziggel, A., Kolb, J., Meyer, F.M.
- 2006, Origin of the mineralizing fluids in the Navachab gold deposit, Namibia: evidence from stable isotopes. Supplement of the European Journal of Mineralogy, v. 18, page 158
Wulff, K., Vennemann, T., Dziggel, A., Kolb, J., Meyer, F.M.
- 2007, Controls on major and trace element zoning in hydrothermal garnet. Geochimica et Cosmochimica Acta, v. 71 (15), A 247, Supplement S
Dziggel, A., Wulff, K., Kolb, J., Meyer, F.M.
- 2009, Processes of high-T fluid-rock interaction during gold mineralization in carbonate-bearing metasediments: the Navachab gold deposit, Namibia. Mineralium Deposita, v. 44, p. 665-687
Dziggel, A., Wulff, K., Kolb, J., Meyer, F.M.
- 2009, Significance of oscillatory and bell-shaped growth zoning in hydrothermal garnet: evidence from the Navachab gold deposit, Namibia. Chemical Geology, v. 262, p. 278-292
Dziggel, A., Wulff, K., Kolb, J., Meyer, F.M., Lahaye, Y.
- 2009, Stable isotope systematics of the Navachab gold deposit, Namibia: implications for the source of fluids in sediment-hosted orogenic gold deposits. Supplement of the European Journal of Mineralogy, v. 31, page 46
Dziggel, A., Wulff, K., Kolb, J., Vennemann, T., Böttcher, F., Meyer, F.M.
