埃及东南沙漠中碰撞后形成的巴图加花岗岩的地质影响：石榴石质钙硅酸盐岩的形成以及与弧状构造相关的辉长岩中的金元素重新分布

《Geochemistry》：Emplacement impacts of post-collisional Batuga granite, south Eastern Desert of Egypt: Formation of garnetiferous calc-silicate rocks and gold re-distribution in arc-related gabbros

该研究分析了埃及东南沙漠Wadi Kalalat地区Batuga花岗岩侵入对围岩的影响，发现其导致garnetiferous calc-silicate岩石形成并重分布金，通过矿物化学和光谱分析确认了grossular-andradite固溶体，并利用ASD设备区分了变质与非变质岩体。

　　

阿德尔·A·苏鲁尔（Adel A. Surour）| 穆罕默德·A·埃尔-索布基（Mohamed A. El-Sobky）| 艾哈迈德·A·马达尼（Ahmed A. Madani）| 赫沙姆·莫克塔尔（Hesham Mokhtar）

埃及苏伊士省新加拉拉市加拉拉大学（Galala University）理学院地质科学系，邮编43511

摘要

在埃及东南部沙漠的瓦迪卡拉拉特（Wadi Kalalat）地区，以巴图加花岗岩（Batuga granite）为代表的长英质岩浆活动属于新元古代晚期碰撞后的花岗岩侵入体。本研究结合了野外观察和实验室技术，揭示了这种花岗岩侵入对围岩的影响，特别是对含石榴石的钙硅酸盐岩的形成以及新鲜弧相关辉长岩中金的重新分布。矿物化学分析以及傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱和紫外-可见光谱（UV–Vis）表明，含石榴石的钙硅酸盐岩中的石榴石主要成分为钙铝榴石（grossular-andradite）。这些岩石形成于巴图加岩体附近的狭窄热晕（thermal aureole）区域内，该区域属于不纯的岛弧变质碳酸盐岩。石榴石常与透辉石（Wo_92–99）和斜方辉石（Wo_47–51, En_36–43 和 Fs_8–16）共生。据认为，在这种热晕环境中，这些矿物在富含钙、镁和硅的条件下接近平衡状态结晶，而热液活动（从巴图加花岗岩中释放）促进了铝含量的降低，从而形成了含石榴石的钙硅酸盐岩。在所研究的钙硅酸盐岩的整体成分中，Al₂O? 和 ΣNa₂O?+?K₂O 的含量较低，表明铝硅酸盐和碱金属矿物严重亏损。所有钙硅酸盐样品均不含榍石（scapolite），因此可以推断巴图加花岗岩侵入体是在低于550–600?°C的温度下形成的。由于岩体的侵入，金元素从橄榄石辉长岩中的0.9?g/t重新分布并富集到由角闪质橄榄石辉长岩组成的狭窄热晕区域，富集程度可达16?g/t。在某些含石英脉的蚀变带中，金的含量甚至可高达2.17?g/t。石榴石的紫外-可见光谱显示了Fe³⁺的电荷转移带（182–361?nm），这证实了石榴石属于钙铝榴石（andradite）和钙铁榴石（grossular）的固溶体组合。石榴石的形成可能发生在氧化条件下，此时Fe³⁺占主导地位，这与交代作用和热变质过程有关。753?cm^?1处的强拉曼位移以及911?cm^?1处的较弱位移进一步证实了这种固溶体组合的存在。ASD FeldSpec是一种强大的遥感技术，可用于区分变质辉长岩和新鲜辉长岩。变质辉长岩的反射特征与镁氧氢（Mg-O-H）和铝氧氢（Al-OH）的振动过程有关，这可能是由于岩浆辉石的绿泥石化作用以及岛弧区域变质过程中钙长石的绢云母化作用所致。而在新鲜的弧相关辉长岩中，含Fe²⁺的橄榄石和辉石具有宽吸收带，同时还存在与原生角闪石和黑云母相关的特征吸收带。

引言

埃及东部沙漠的结晶岩构成了所谓的“努比亚盾”（Nubian Shield）的北部边界，该盾体代表了构成阿拉伯-努比亚盾（Arabian-Nubian Shield，ANS）的新元古代基底岩石（El-Bialy, 2020; Johnson, 2021）。阿拉伯-努比亚盾是地球上新元古代地壳增生的重要区域，其形成与新元古代的罗迪尼亚大陆（Rodinia）分裂和冈瓦纳大陆（Gondwana）聚合有关（Johnson et al., 2011; Yeshanew, 2017; Stern, 2020）。总体而言，埃及的NS地区在岩石类型和构造特征上与沙特阿拉伯西部的米迪安地块（Midyan terrane）相似（Hamimi et al., 2024）。埃及西奈半岛和东部沙漠的前寒武纪基底岩石属于阿拉伯-努比亚盾的新元古代（550–900?Ma）地壳（Stern, 1994, 2002）。这些基底岩石主要由蛇绿岩组合、钙碱性和碱性岩石以及未成熟的沉积岩组成。较老的新元古代基底岩石形成于约650–750?Ma的托尼安-克里奥根期（Tonian-Cryogenian），位于莫桑比克洋边缘（Stern, 2002; Johnson et al., 2011; Fritz et al., 2013; El-Bialy, 2020）。新元古代末期（约620?Ma），东西冈瓦纳大陆的大片碰撞关闭了莫桑比克洋，形成了东非-南极造山带（Hamimi et al., 2022, Hamimi et al., 2024）。埃及东部沙漠的新元古代盾体或基底岩石可分为三个区域：北部（NED）、中部（CED）和南部（SED），每个区域具有不同的地质和构造特征。通常，SED区域的暴露深度大于CED区域，并且受到所谓的“纳杰德构造”（Najd Tectonis）或NW-SE方向剪切作用的影响较小（Stern, 1994, Stern, 2018; Stern and Ali, 2020）。

钙硅酸盐岩石在全球的变质碳酸盐岩序列中较为常见，它们可以通过不纯石灰岩、泥灰岩或钙质泥岩在岩浆作用期间或之后的渐进变质作用形成，或者通过火成岩体（如岩浆体、岩脉和岩基）的交代作用（skarn）形成，从而形成典型的粒状结构和角闪质结构（Einaudi et al., 1981; Einaudi and Burt, 1982; Winter, 2014; Frost and Frost, 2019; Khedr et al., 2022）。矽卡岩矿床以钙硅酸盐矿物为主，主要包括石榴石、辉石和碳酸盐矿物，这些矿物可以富集某些重要的金属（Einaudi et al., 1981; Meinert, 1992; Meinert et al., 2005; Pirajno, 2013）。当有价值的金属（如金、锡、钨、钼和铁）富集时，这些矿床会转变为矽卡岩（Meinert, 1989, Meinert, 1992; Damman and Kieft, 1990; Newberry, 1998; Mokhtari et al., 2019; Ghosh and Upadhyay, 2022）。在埃及的地壳中，含石榴石的钙硅酸盐岩体分布于阿拉伯-努比亚盾的多个区域，它们可能与区域性的角闪岩相变质作用或与长英质侵入体相关的局部接触/交代带有关（Abu-Alam et al., 2010; Khedr et al., 2022）。在西奈半岛的一些地点也有发现（例如，Hashad et al., 2001; Helmy et al., 2014a, Helmy et al., 2014b）或西南部（例如，El-Shafei, 1998; El-Shafei and Kusky, 2003; Abu-Alam and Stüwe, 2009; Abu-Alam et al., 2010）。这些矿床的形成与第三纪玄武岩和辉长岩岩基侵入石灰岩和白云岩的热效应有关（例如，Abdel Kader and El Aref, 1986; Abu El-Enen et al., 2004; Shallaly et al., 2023）。同样，在阿拉伯半岛上，矽卡岩也是新元古代阿拉伯-努比亚盾的一部分（例如，Ahmed and Hariri, 2006; Surour and Moufti, 2011; Abo-Ezz et al., 2025）。从地质年代学和地质构造演化的角度来看，钙硅酸盐岩石可以是前弧暴露的变质岩组合的一部分（例如，沙特阿拉伯的普雷-穆尔达玛地区，Johnson et al., 2013），或者是火山-沉积弧组合的一部分（例如，巴赫拉矽卡岩，Surour and Moufti, 2011）。

在埃及，金矿化现象出现在多个历史悠久的矿区，这些地区曾有古代的金矿开采活动（Klemm and Klemm, 2013）。此外，埃及境内的金矿开采一直持续到公元1-4世纪的罗马时期（Sidebotham, 2008）。蛇绿岩和较年轻的变质弧相关火山岩（如变余岩）含有金（Botros, 1993）。与变余岩相关的火山块硫化物（VMS）也富含贵金属和基本金属，主要有两种组合：1）Au-Ag-Zn组合和2）Au-Cu组合（Botros, 2004）。此外，在地中海沿岸的某些埃及黑沙滩砂中也发现了砂金（El Gemmizi, 1985）。至今，埃及的金资源仍然具有很高的潜力，但这导致了非法的手工采矿活动，对环境和人类健康造成了危害（Surour et al., 2025）。

本研究旨在探讨含石榴石的钙硅酸盐岩石的矿物和化学特性，以及这些岩石与巴图加花岗岩之间的空间和时间联系。通过结合野外观察、岩石学研究、地球化学分析和火试金技术，本研究旨在阐明导致含石榴石钙硅酸盐岩形成的交代作用，并确定该花岗岩寄主系统在瓦迪卡拉拉特地区金元素局部富集中的作用。研究结果将有助于增进埃及SED地区的金属成矿知识，并为更广泛的模型提供依据，解释碰撞后长英质岩浆活动如何为钙硅酸盐的形成以及造山带/矽卡岩型金的富集创造有利的物理化学条件。

地质背景

埃及SED地区的基底岩石主要包括片麻岩穹丘、蛇绿岩组合、岛弧火山岩及其衍生的火山碎屑岩。这些岩石单元曾间歇性地受到晚构造期至后构造期的超基性和花岗岩类侵入体的侵入，以及后构造期的岩脉和板内花岗岩的影响（El-Bialy, 2020; Shokry et al., 2021）。蛇绿岩在SED地区较为常见，同时还有变质的岛弧岩组合。

材料及其鉴定

研究人员在2020–2022年的冬季期间对研究区域进行了野外考察，记录了野外观察结果并采集了用于实验室分析的代表性样品。野外工作是在收集了先前的地质资料、地形图和Landsat影像数据后进行的。部分采集的样品被制成薄片，用于进一步的岩石学研究。

钙硅酸盐岩石的岩石学和化学组成

所研究的钙硅酸盐岩石的矿物组成变化较小，主要为双矿物或三矿物组成（图2b）。最常见的类型是单矿物透辉石岩，其次是石榴石-透辉石岩（图2c）。部分样品还含有大量的石英和斜方辉石（图2b）。从岩石学角度来看，透辉石晶体呈短棱柱状，解理不完全，且保留了原始的结晶方向。

含石榴石钙硅酸盐岩的形成

钙硅酸盐矿物是矽卡岩的主要成分，这类交代岩在各个地质年代都很常见，尤其是在显生宙时期。根据Kwak和Atkins（1981）以及Kwak（1987）的研究，前寒武纪盾体中的钙硅酸盐岩石在全球范围内较为罕见。尽管如此，新元古代阿拉伯-努比亚盾中的钙硅酸盐岩石（如本研究的案例）以及埃及和沙特阿拉伯的少数地区仍为研究提供了有价值的实例。

结论

• 巴图加花岗岩侵入体是埃及东南部沙漠典型的碰撞后长英质岩侵入体。
• 巴图加花岗岩在晚新元古代的侵入导致含石榴石的钙硅酸盐岩的形成，以及金的重新迁移和分布，尤其是在与弧相关的新鲜辉长岩中。
• 钙硅酸盐岩石主要由石榴石（钙铝榴石）、透辉石（Wo_92–99）、斜方辉石（Wo_47–51, En_36–43 和 Fs_8–16组成。
• 钙硅酸盐岩石中的Al₂O?含量较低（最大2.29?wt%）。

作者贡献声明

阿德尔·A·苏鲁尔（Adel A. Surour）：撰写、审稿与编辑、数据可视化、验证、项目管理、方法论设计、调查实施、资金筹集、数据分析、数据管理、概念构建。穆罕默德·A·埃尔-索布基（Mohamed A. El-Sobky）：数据管理、数据分析、方法论设计、资源协调、软件使用、初稿撰写。艾哈迈德·A·马达尼（Ahmed A. Madani）：资源协调、方法论设计、调查实施、资金筹集、数据分析、数据管理、概念构建。赫沙姆·莫克塔尔（Hesham Mokhtar）：撰写部分。

利益冲突声明

我们声明提交的论文尚未提交给任何其他期刊进行审稿，在本期刊做出决定之前也不会被提交到其他地方。所有合作者均已批准本文内容，不存在利益冲突。

致谢

作者感谢埃及矿产资源管理局（EMRA）提供的分析技术支持（X射线荧光、XRF和配备能量分散光谱仪的扫描电子显微镜SEM-EDS），以及埃及国家遥感与空间科学局（NARSS）的Bassam Abdellatif博士在数据测量方面提供的帮助。