Pseudotachylitic breccias from fault zones in the Witwatersrand Basin, South Africa: evidence of autometasomatism and post-brecciation alteration processes

Summary Pseudotachylitic breccias, associated with either bedding-parallel or normal faults, are abundant in the northern and northwestern parts of the gold- and uranium-rich Witwatersrand Basin in South Africa. They are particularly abundant in a zone tangential to the Vredefort Dome, a structure which is now widely accepted to be the eroded remnant of the central uplift of the originally 250 to 300 km wide Vredefort impact structure.Several of these fault zones were sampled along vertical traverses that included both fault breccias and host rocks. Geochemical analyses were undertaken to investigate the processes involved in fault rock formation. In addition, the temporal relationships of fault activity to regional geological events was studied. Detailed petrographic analysis shows evidence for strong hydrothermal overprints of the faults related to breccia formation (thus termed autometasomatism), as well as post-formational alteration. Mixing between two or more precursor lithologies and fluid alteration affected both the fault zones and their wall-rocks. A wide spectrum of trace elements, including Au and U, has been locally mobilised and redeposited by these processes.These fault zones, some of which are of basin-wide significance, were important channels for fluids that also modified the distribution of base metals in the Witwatersrand Basin. The regionally separated locations of our study areas suggest that these processes affected at least a major part of the basin. However, as the chemical characteristics determined for the fault zones differ from site to site, it is likely that the metals were only locally remobilised in the vicinity of fault zones or to previously hydrothermally altered country rock. Subsequent redeposition of metals was limited to the regimes in and around such fault zones.

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Pseudotachylitische Brekzien aus Störungszonen des Witwatersrand-Beckens: Hinweise auf Autometasomatose und Alteration nach der Brekzienbildung

Zusammenfassung Pseudotachylitische Brekzien, entweder an schicht-parallelen oder normalen Verwerfungen, kommen häufig im nördlichen und nordwestlichen Teil des Gold- und Uranreichen Witwatersrand Beckens in Südafrika vor. Man hat sie hauptsächlich von einem tangentialen Bereich um den Vredefort Dom beschrieben. Der Dom ist der tieferodierte Rest der zentralen Aufwölbung der Vredefort Impaktstruktur, die ursprünglich linen Durchmesser von mindestens 250 Km hatte.Einige dieser Verwerfungszonen wurden entlang von Traversen beprobt, die Verwerfungsbrekzien sowie deren Nebengesteine beinhalteten, und geochemisch mit dem Ziel untersucht, die Prozesse bei der Brekzien-Bildung und die zeitlichen Verhältnisse von Verwerfungen und regionalgeologischen Ereignissen zu erfassen. Petrographische Analysen zeigten, daß die Verwerfungszonen im Zusammenhang mit der Brekzierungsphase stark hydrothermal überprägt wurden (ein Prozess, der daher als Autometasomatose bezeichnet wird) und eine zweite Überprägungsphase erfahren haben, die nach der Brekzierung stattfand. Es wird gezeigt, daß sowohl Mischung von wenigstens zwei Mutter-Gesteinskomponenten und Flüssigkeitsüberprägung, die Verwerfungszonen und Nebengesteine betraf, wichtige Rollen in der Bestimmung der chemischen Charakteristiken der untersuchten Zonen spielten. Viele Elemente, darunter Gold und Uran, wurden durch diese Prozesse lokal mobilisiert und wieder abgelagert.Diese Verwerfungszonen, von denen einige eine beckenweite Bedeutung besitzen, agierten als wichtige Kanäle für Flüssigkeiten, die die Verbreitung von wichtigen Metallen im Witwatersrand Becken modifizieren konnten. Da unsere Untersuchungsorte weit voneinander getrennt liegen, muß angenommen werden, daß diese Prozesse wenigstens weite Teile des Beckens beeinflußten. Da jedoch die chemischen Charakteristika der untersuchten Zonen von Fall zu Fall unterschiedlich sind, liegt die Vermutung nahe, daß Metalle höchstens lokal mobilisiert und umgelagert wurden und daß dies vermutlich im wesentlichen in der Nähe von existierenden Reefs stattfand. Es ist ferner klar, daß die Umlagerung von Metallen auf die unmittelbaren Bereiche dieser Verwerfungszonen beschränkt war.