Geochemical and geotectonic controls of the metallogenic evolution of selected ophiolite complexes from the Sudan

Im sudanesischen Teil des Arabisch-Nubischen Schildes (Red Sea Hills) konnten mehrere Gesteinsassoziationen, die vorwiegend an ausgeprägte Scherzonen gebunden sind, mittels kombinierter Gelände-, Femerkundungs- und geochemischer Untersuchungen als tektonisch verschuppte Ophiolithkörper identifiziert werden. Die bedeutendsten dieser Komplexe (Onib, Oshib und Abu Samar) sind Ophiolithe, die über Supra-Subduktionszonen entstanden sind. Sie bestehen aus chromitreichen Mantelgesteinen, mächtigen Kumulaten sowie Basalten mit niederen und hohen Ti-Gehalten. Im Unterschied dazu wurden die Ophiolithe, die am Westrand des Nubischen Schildes auftreten, (Keraf, Ingessana-Kurmuk) in einem "back-arc" oder Randbeckenmilieu gebildet. Sie bestehen aus mächtigen Mantelabfolgen, geringmächtigen Kumulaten, Basalten mit hohen Ti-Gehalten (MORB-Typus) sowie mächtigen Sedimentanteilen. Diese Ophiolithe markieren den Übergangsbereich zwischen dem juvenilen Nubischen Schild und einem prä-pan-afrikanischen Bereich, der bisher als Nil-Kraton bezeichnet wurde. Der Jabel-Rahib-Ophiolith (NW Sudan) liegt innerhalb dieses panafrikanisch überprägten Bereiches. Daher ist das Konzept eines alten, stabilen Kratones westlich des Nubischen Schildes nicht mehr länger vertretbar. Massive Sulfid- Vorkommen und assoziierte goldangereicherte Gossans wurden im Ariab Belt (assoziiert mit dem Oshib Ophiolith) und im Abu-Samar-Ophiolith gefunden. Erstmals konnten primäre "base metal" Sulfide (Ni-Co-Cu), die Minerale der Platinum-Gruppe (PGM) enthalten, in ultramafischen Kumulaten des Onib-Ophiolithes identifiziert werden. Platinführende Linsen von massivem Chromit treten in deformierten Mantelgesteinen von 4 Ophiolithen auf. Goldführende Listwaenite und Quarzgänge treten entlang von intensiv zerscherten basalen Teilen der Ophiolithe und an den Schnittpunkten bedeutender tektonischer Lineamente auf. Die PGM-Einschlüsse in den Chromiten sind klein und idiomorph. Sie enthalten vorwiegend Os, Ir und Ru als metallische Legierungen. Daneben treten aber auch Sulfide (Laurit) und Sulfoarsenide (Irarsit und Osarsit) auf. Eine derartige kompositionelle Vielfalt von koexistierenden primären PGM ist für Ophiolith-Komplexe charakteristisch. Das Vorkommen von Pt-, Pd- und Ru-Mineralen als Einschlüsse von interstitialen Ni-Sulfiden innerhalb pyroxenitischer Kumulate (Onib-Komplex) war in dieser Form bisher nicht bekannt. Texturelle und mineralogische Charakteristika der Erze weisen auf einen magmatischen Ursprung der Mineralisation hin. Dabei spielten die Sulfidschmelze und die "base metals" die dominierende Rolle beim Einfangen von Pt, Pd und Ru.

Based on combined remote sensing, field and geochemical studies, major rock assemblages in the Sudanese sector of the Pan-African Arabian-Nubian Shield were detected as tectonically dismembered ophiolites that mark distinct highly strained major shear zones. Despite tectonic disruption and subsequent alteration, most of the complexes display the füll range of lithologies, internal structures and metallogenic characteristics of ophiolite suites. The major studied complexes in the Red Sea Hills of Sudan, namely Onib, Oshib and Abu Samar have been identified as supra-subduction zone (SSZ) ophiolites, with chromitiferous mantle sequences, thick transitional cumulate successions, both low- and high-Ti basalts and extensive island-arc volcano-sedimentary sequences. They separate juvenile terranes (microplates) of the Pan-African Nubian Shield. N-S lithological and geochemical zonation across the above-mentioned ophiolites suggests that at least two different major oceanic basins might have evolved in the Red Sea Hills sector of the Nubian Shield and that most of the juvenile crust was generated above southerly dipping subduction zones. Ophiolites along the western margin of the Nubian Shield, namely the Keraf and the Ingessana-Kurmuk belts are of back-arc to marginal basin derivation, with thick mantle sequences, thin transitional and cumulate successions, high-Ti MORB-type basalts and thick overlying sedimentary units. These ophiolites mark part of the border zone between the juvenile Nubian Shield and a reworked pre- Pan- African domain, previously known as the Nile Craton. The Jabel Rahib ophiolite of NW Sudan lies within the reworked terrane. Thus the concept of an old coherent craton adjacent to the Pan-African Nubian Shield holds no longer true. Massive sulphide deposits and associated hydrothermally gold-enriched gossans were found associated with the Oshib ophiolite (at Ariab) and Abu Samar ophiolite in the Red Sea Hills sector of the Nubian Shield. Primary disseminated base metal (Ni-Co-Cu) sulphides, with interstitial Platinum-Group minerals (PGM) were found for the first time in cumulate ultramafics of the Onib ophiolite. Platiniferous pods of massive chromite were located in deformed mantle sequences of four ophiolites. Auriferous listwaenites and quartz veins occur along the highly sheared basal parts of the ophiolites and at the intersections with major tectonic lineaments. Platinum-group mineral (PGM) inclusions in chromite from the studied ophiolites are small and euhedral. They mainly contain Os, Ir and Ru in the forms of alloys, sulphides (laurite) and sulpho-arsenides (irarsite and osarsite). Such a diversity in composition of coexisting primary PGM is common in ophiolite complexes. The occurrence of Pt, Pd and Ru minerals as inclusions within interstitial Ni-sulphides in pyroxenite cumulates from the Onib ophiolite is the first of its kind to be reported in the cumulate succession of an ophiolite. A positively sloping chondrite-normalized pattern of the mineralized pyroxenite, as in classical deposits, suggests a dominant role of the sulphide melt and base metals in the collection of Pt, Pd and Ru. Textural and mineralogical features of the ores argue for a magmatic origin of mineralization.