A thesis submitted to the Faculty of Science, University of the Witwatersrand, in fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy University of the Witwatersrand School of Geosciences and Dublin Institute for Advanced Studies School of Cosmic Physics Geophysics Section February 2016 / Archean cratons, and the Proterozoic orogenic belts on their flanks, form an integral part of the Southern Africa tectonic landscape. Of these, virtually nothing is known of the position and thickness of the southern boundary of the composite Congo craton and the Neoproterozoic Pan African orogenic belt due to thick sedimentary cover. In this work I present the first lithospheric-scale geophysical study of that cryptic boundary and define its geometry at depth. The results are derived from two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) inversion of magnetotelluric data acquired along four semi-parallel profiles crossing the Kalahari craton across the Damara-Ghanzi-Chobe belts (DGC) and extending into the Congo craton. Two dimensional and three-dimensional electrical resistivity models show significant lateral variation in the crust and upper mantle across strike from the younger DGC orogen to the older adjacent cratons. The Damara belt lithosphere is found to be more conductive and significantly thinner than that of the adjacent Congo craton. The Congo craton is characterized by very thick (to depths of 250 km) and resistive (i.e. cold) lithosphere. Resistive upper crustal features are interpreted as caused by igneous intrusions emplaced during Pan-African magmatism. Graphite-bearing calcite marbles and sulfides are widespread in the Damara belt and account for the high crustal conductivity in the Central Zone. The resistivity models provide new constraints on the southern extent of the greater Congo craton, and suggest that the current boundary drawn on geological maps needs revision and that the craton should be extended further south. The storage possibilities for the Karoo Basins were found to be poor because of the very low porosity and permeability of the sandstones, the presence of extensive dolerite sills and dykes. The obvious limitation of the above study is the large spacings between the MT stations (> 10km). This is particularly more limiting in resolving the horizontal layers in the Karoo basin. However the 1D models provide layered Earth models that are consistent with the known geology. The resistivity values from the 1D models allowed porosity of the Ecca and Beaufort group lithologies to be calculated. It is inferred that the porosities values are in the range 5-15 % in the region below the profile. This value is considered too low for CO2 storage as the average porosity of rock used for CO2 is generally more than 10 to 12 percent of the total rock unit volume.

L’origine des suites de mégacristaux des kimberlites est sujette à d’intenses débats depuis de nombreuses années. La suite complexe de mégacristaux (grenat, clinopyroxène, zircon, baddeleyite, ilménite, rutile et nodules d’intercroissances rutile-silicates) des kimberlites diamantifères de Mbuji-Mayi (Kasaï Oriental), mises en place au Crétacé dans le craton archéen du Congo-Kasaï, a été étudiée en détails dans le but d’établir les relations entre les différents minéraux de la suite, leur relation au magma kimberlitique-hôte et au manteau lithosphérique cratonique archéen. L’étude des mégacristaux de grenat des kimberlites pauvres en diamants du Kundelungu (Katanga) a permis en outre d’établir la comparaison entre les mégacristaux de deux provinces kimberlitiques en République Démocratique du Congo, qui diffèrent notamment par leur âge de mise en place et par la composition et l’âge du socle traversé. <p>L’ensemble des données minéralogiques et géochimiques acquises (éléments majeurs et en traces, géochimie isotopique de l’oxygène, du Nd et de l’Hf) est intégré dans le but de déterminer la nature du (ou des) processus qui a (ont) donné naissance à ces suites de mégacristaux. <p>En parallèle, l’origine d’un xénolite rare de clinopyroxénite à kyanite exceptionnellement riche en Cr des kimberlites de Mbuji-Mayi a été explorée.<p>Bien qu’ils partagent de nombreuses caractéristiques avec d’autres suites de mégacristaux kimberlitiques, les mégacristaux de RDC sont généralement enrichis en Cr et appauvris en Fe et Ti, et ne présentent pas de preuve d’une origine par cristallisation fractionnée à partir d’un magma, ce qui permet de suggérer une origine différente, en l’occurrence une liaison plus directe avec le manteau lithosphérique réfractaire local lors de leur formation. Une origine métasomatique par interaction entre un liquide/fluide précurseur de la kimberlite et les péridotites du manteau lithosphérique est donc favorisée. L’ensemble des espèces minérales qui forme la suite de mégacristaux peut en effet trouver un équivalent compositionnel dans les lithologies métasomatisées de la lithosphère mantélique. <p>Les mégacristaux de grenat des deux provinces partagent des similarités frappantes qui sont interprétées en termes de processus de formation similaires. En revanche, ils ont systématiquement montré un comportement géochimique singulier, suggérant un processus de formation différent des autres mégacristaux. Ils semblent en effet avoir retenu l’héritage des compositions variables d’anciens protolites de grenat affectés récemment par un métasomatisme de type kimberlitique. Ces grenats résultent de la recristallisation de grenats initialement présents dans les péridotites cratoniques de la lithosphère archéenne. Par contre, les mégacristaux de clinopyroxène, zircon, baddeleyite, ilménite, rutile et les nodules d’intercroissances rutile-silicates se sont effectivement formés récemment par l’interaction métasomatique entre le liquide/fluide proto-kimberlitique et les péridotites cratoniques. Des variations locales du rapport (fluide et/ou liquide)/roche et de l’activité en SiO2 lors de la percolation du magma proto-kimberlitique asthénosphérique dans le manteau lithosphérique cratonique, couplées à la nature propre à la kimberlite de la région, permettent d’intégrer l’ensemble des mégacristaux dans un modèle pétrogénétique commun, avec des processus de formation parfois contrastés. <p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished