1 非洲地质概况

广袤的非洲大陆记录了漫长的地球演化历史中的四分之三，它囊括了不同地质历史时期的构造要素。如：早前寒武纪板块构造开始之前的古老陆核（Kaapvaal和Zimbabwe）和绿岩带（Limpopo）^[1]，板块构造体制下的碰撞造山带（泛非期造山带）和新生代裂谷（东非大裂谷）甚至是新生洋壳（红海）^[2]。因此，非洲大陆是窥探地球演化历史的重要窗口，对于地质学家有着天然的吸引力。伦敦地质学会曾于2011年出版非洲地质专辑《The formation and evolution of Africa: A synopsis of 3.8 Ga of earth history》^[3]，足见国际地学界对非洲地质的关注和重视。

非洲大陆由喀拉哈里、刚果、西非及其他一些古老的克拉通在前寒武纪末期碰撞拼合而成，焊接这些古老克拉通的构造带被称为泛非期造山带。此后，非洲大陆南缘和北缘经历了古生代—中生代造山运动，东部经历了伸展-裂谷活动，著名的东非大裂谷横贯东部非洲，穿过马达加斯加岛与印度—澳大利亚洋中脊相连^[4]（见图 1）。喀麦隆位于非洲中西部，西边与尼日利亚接壤，东北与东边分别与乍得和中非共和国相靠，南部则与赤道几内亚、加蓬及刚果共和国毗邻。地质上，喀麦隆横跨中非造山带和刚果克拉通，保存有泛非期不同阶段的岩浆作用、变质作用和构造变形等地质记录，是研究泛非期造山作用的理想场所。

2 冈瓦纳超大陆与泛非期造山作用

冈瓦纳超大陆是在罗迪尼亚超大陆裂解之后形成的，它包括现今地球上的非洲大陆、南美洲大陆、澳大利亚大陆、阿拉伯地块、印度地块、南极大陆以及一些小陆块。冈瓦纳大陆的聚合是前寒武纪末期莫桑比克洋及其他一些小洋盆关闭的结果^[5~6]。石炭纪，冈瓦纳大陆与北半球的劳亚大陆拼合形成地质历史上最后的超大陆——潘吉亚超大陆^[7]。

新元古代（距今1000~540 Ma）是地球环境和生物发生剧变的时期，其中包括真核生物的快速演替和后生动物的出现、雪球地球事件、大气圈和水圈增氧事件、沉积型条带状含铁建造BIF的再现以及C、Sr同位素的波动。一般认为这些地质事件与板块构造作用密切相关^[8~9]。而新元古代正是罗迪尼亚超大陆裂解和冈瓦纳超大陆聚合的关键时期，同时也对应于“泛非期造山运动”作用的阶段。因此，冈瓦纳超大陆和泛非期造山运动的研究是地学界一个重要课题。冈瓦纳超大陆的聚合主要包括3个关键阶段：首先是发生在距今800~650 Ma的东非造山运动（East Africa Orogeny），形成了莫桑比克带，范围波及印度、马达加斯加、斯里兰卡和非洲东部；其次是发生在距今600~530 Ma的巴西利亚造山运动（Brasiliano Orogeny），造成了南美洲和非洲中西部古老陆块的拼合（形成西冈瓦纳陆块）；最后是发生于距今550 Ma左右的昆岗造山运动（Kuunga Orogeny），造成澳洲和南极大陆与冈瓦纳超大陆其他陆块群的碰撞拼合（见图 2）^[10]。巴西利亚造山运动和昆岗造山运动作用的时间有所重叠，最新资料表明巴西利亚造山运动可能延续到距今490 Ma，形成达马拉造山带（Damara Belt）。由于组成冈瓦纳超大陆的各陆块在距今550 Ma左右已经基本聚合，因此最后阶段的造山作用已属于陆内造山的范畴^{[8, 11]}。

3 中非造山带构造属性及岩石单元划分

泛非期热-构造幕（Pan-Arican Thermo-Tectonic Episode）原指造成非洲大陆古老克拉通和新元古代末期—古生代早期造山带镶嵌格局的地质事件^[12]，它具有较严格的地域和时代限制。要深入认识和理解泛非造山作用的内涵，回归到它的发源地是十分必要的。非洲中西部地区是受新元古代末期—早古生代西冈瓦纳大陆聚合作用影响的典型地区，该地区泛非期造山带被称作中非造山带（Central Africa Fold Belt）。中非造山带从内亚湾绵延到东非大裂谷西支，延伸近3000 km，南侧和北西侧分别是刚果克拉通和撒哈拉准克拉通^[13]。中非造山带与巴西东北部的博尔博雷马构造省（Borborema Province）在岩石组成和构造属性上皆可对比（见图 3），它们都记录了~2100 Ma的Eburnian构造-热事件和~600 Ma的泛非构造-热事件。前者将刚果克拉通和巴西的圣弗朗西斯科克拉通焊接在一起，形成了古元古代的统一陆块；后者导致了西冈瓦纳陆块的最终拼合^[14~15]。非洲西部与南美洲大陆泛非期岩石构造单元的对比也为潘吉亚（Pangea）超大陆的复原提供了最直接的证据。

中非造山带最引人瞩目的特征是岩石组成、同位素年龄和构造属性截然不同的地体之间的相互叠置^{[13~14, 16~18]}。在喀麦隆境内，阿德马瓦—雅得地体（Adamawa-Yade Domain）与西喀麦隆地体（Western Cameroon Domain）沿着乔利雷—班约断裂（Tchollire-Banyo Fault）并置，而南部的雅温得地体（Yaounde Domain）则逆冲到刚果克拉通之上。喀麦隆境内中非造山带基底岩石广泛抬升剥蚀，出露了具有不同年龄的基底岩石（花岗质岩石、片麻岩、混合岩）和新元古代绿岩带（原岩为火山-沉积序列的绿片岩），这些不同时期的岩石组合被北东东—北北东向断裂错断和分隔^[13]（见图 4）。

喀麦隆北部和乍得西南地区是中非造山带内岩石组成最为复杂的地区，不同时代和成因的岩石单元叠置在一起，保存了泛非期各阶段的地质记录。该地区大致可划分为西喀麦隆地体和阿德马瓦—雅得地体，二者以乔利雷—班约断裂为界（见图 5）。西喀麦隆地体以新元古代新生物质为主，含少量古元古代陆壳物质，主要包括原岩为火山-沉积序列的新元古代绿片岩带，典型分布地区为波利（Poli）、比贝米（Bibemi）和雷博巴（Rey Bouba）绿岩带。此外，在乍得西南的马约科比（Mayo Kebbi）地区广泛发育泛非期造山作用不同阶段的弧岩浆岩，其中包括距今737~723 Ma的中—基性侵入杂岩（辉长闪长岩、变闪长岩、角闪石岩），距今665~640 Ma的花岗质岩基（TTG）。＜600 Ma的后造山碱性花岗质侵入体在西喀麦隆地体内广泛发育^[19~20]。阿德马瓦—雅得地体（Adamawa-Yade Domain）是受泛非期造山作用改造的古元古代复合地体，主要由古元古代黑云角闪片麻岩和正片麻岩组成，其中包含少量泛非期变泥质岩和变基性麻粒岩以及造山后碱性花岗质侵入体^[16~17]。

中非造山带的演化伴随着泛非期与俯冲作用有关的弧岩浆岩的持续就位，弧岩浆作用始于距今740 Ma左右，最新研究表明雷博巴绿岩带内~600 Ma的火山岩可能代表了该地区俯冲-碰撞最后阶段的弧岩浆作用^[13]。此后喀麦隆境内的阿德马瓦—雅得地体、西喀麦隆地体和乍得西南的马约科比弧岩浆岩带（距今740~640 Ma）碰撞拼合，三者都被距今570 Ma左右的后碰撞碱性花岗质岩体侵入（见图 5）^[20]。

4 喀麦隆北部河流冲积物重矿物分析及其指示意义

沉积重矿物是指比重大于2.68、颗粒较细、化学性质稳定、抗风化能力强的一些矿物。它们是碎屑物质的重要组成部分，伴随其他一些碎屑物质产生、搬运至沉积的全部过程中。通过沉积重矿物分析可以获取与构造-沉积环境相关的重要结论^[21~27]。喀麦隆北部地区横跨西喀麦隆地体及阿德马瓦—雅得地体，岩石组成和同位素年龄复杂，加之第四纪沉积覆盖较多，因此通过现代河流冲积物重矿物分析也不失为认识该区基底岩石分布特征的重要手段。此外，喀麦隆北部地区第四纪沉积覆盖物中常产出砂金，通过河流冲积物中自然金含量的分析也可能为该地区找矿提供一定的指导意义。

喀麦隆北部—乍得西南地区地形和主要水系分布见图 6，本次河流冲积物采样位置主要集中于图 7所示范围内。研究区横跨西喀麦隆地体、马约科比弧岩浆岩带和阿德马瓦—雅得地体（见图 5）。该地区水系具有羽状分布特征，采样点多靠近次级羽状水系的末端，采样位置水流自北向南，因此沉积物大致可代表北部近源基岩的物质信息。河流冲积物样品的采样位置、重量及自然金含量等信息见表 1。分析结果表明河流冲积物中重矿物类型主要包括锆石、磷灰石、金红石、锐钛矿、白钛矿、独居石、榍石、石榴石、绿帘石、角闪石、赤褐铁矿、钛铁矿、磁铁矿及自然金颗粒。各类重矿物含量分析结果见图 8。

重矿物包含物源区母岩性质的重要线索，一些矿物可作为特定类型母岩的判断标志。石榴石、绿帘石常产于变质岩中，钛铁矿主要产于变质岩和火山岩中，赤褐铁矿是在干旱气候条件下由铁质矿物氧化而成的。锆石、电气石、金红石、磁铁矿等可能来自火成岩或再旋回的沉积岩。由于角闪石稳定性较差，易被风化溶蚀，重矿物中大量角闪石的出现说明沉积物可能来自近源。

结合重矿物分析结果并对照研究区区域地质简图，水系沉积物中重矿物出现的种类与采样点所在水系上游近源基岩类型十分吻合（见图 5、图 7）。重矿物中大量绿帘石、钛铁矿、磷灰石等的出现表明源区中可能有大量绿片岩相变质火山-沉积序列，对应了雷博巴绿岩带。锆石、榍石、磁铁矿等的出现可能对应了乍得西南马约科比花岗质岩基。大量角闪石则可能对应于马约科比中—基性侵入体（辉长闪长岩、角闪石岩）。一些样品中有少量石榴石出现，由于石榴石一般产自高级泥质变质岩，因此推测源区中可能包含少量高级变泥质岩。从重矿物中自然金含量的分析结果来看，样品中VA-A035、VA-A036、VA-A037、VA-A071中自然金含量较高，最高可达40.10粒/kg（自然金粒径：0.10~0.25 mm）。金含量高的样品主要采自途径雷博巴绿岩带的水系，因此自然金可能主要来自该绿岩带。

最新研究表明雷博巴绿岩带可能形成于泛非期造山作用晚期，距今约600 Ma，变火山岩地球化学特征表明其形成于俯冲-碰撞构造背景下^[13]，之后经历了剪切变形（Tchollire-Banyo剪切带）。雷博巴绿岩带内金矿的产生可能类似于我国湘东北地区产出于冷家溪群浅变质岩中的脉岩型金矿。冷家溪群原岩为新元古代火山-沉积序列，可能产出背景为活动陆缘，此后火山-沉积序列发生了绿片岩相变质并且同样经历了剪切构造变形^[28]。目前喀麦隆北部地区大量金矿开采主要是在后泛非期沉积层内，多为砂金。砂金的聚集方式可能类似于南非Witwatersrand金矿，其金矿主要来源于周缘的新太古代绿岩带，经过外生地质作用剥蚀搬运沉积在Witwatersrand盆地之中^[29]。因此，在喀麦隆北部地区金矿可能分布在经过绿岩带的水系下游沉积盆地或地堑之中。

5 结论

中非造山带的最新研究表明与岛弧有关的增生和俯冲作用持续到新元古代末期（距今约600 Ma），泛非期的造山作用应当发生在其后。喀麦隆北部和乍得西南地区现代河流近源冲积物的重矿物分析结果可较好地反映该地区泛非期造山带内基岩的岩石构造单元的信息，并能够指示后泛非期沉积层中砂金的来源。喀麦隆北部地区金矿可能分布在绿岩带和经过绿岩带的水系下游沉积盆地中。这为今后的区域地质研究和砂金矿找矿提供了新的启示。

致谢:

本研究项目得益于国务院前任总理温家宝倡议的“中非科技伙伴计划”。项目得到了南极环境综合分析与评价项目（CHINARE-2013-04-02，CHINARE-2014-04-02）和地质力学研究所基本科研经费（DZLXJK201309）的资助。廊坊宇能岩石矿物分选技术服务有限公司王建华高级工程师协助完成了重矿物分选，中科院地质与地球物理研究所杨顺虎博士协助笔者完成了喀麦隆北部SRTM-DEM图，在此表示由衷的感谢。