Abstract

The Cobalt Embayment is a large (~30,000 km2) domain of Paleoproterozoic (2.45–2.22 Ga) siliciclastic sedimentary rocks (the Huronian Supergroup) that unconformably overlies Archean basement rocks of the Abitibi Greenstone Belt. The sedimentary rocks were affected by subgreenschist-facies metamorphism and regionally distributed metasomatism related to waning stages of the Penokean Orogeny (ca. 1.9–1.7 Ga). Precious-metal-bearing polymetallic calcite–quartz vein systems occur throughout the embayment and share many common features, including their morphological characteristics, ore and gangue mineralogy, paragenetic sequence, and spatial association with regional faults rooted in the Archean basement. The polymetallic veins are typically hosted in Nipissing Diabase, a regionally distributed suite of mafic sills and dykes, which intruded the Huronian sedimentary rocks at ca. 2.2 Ga. Integrated carbon, oxygen, and strontium isotopic data for calcite, the major mineral in the gangue, support a common hydrothermal origin for the regionally distributed systems of polymetallic veins, involving mixing of meteoric-water-dominated fluids with basin brines. Local variations in δ13C likely reflect the availability of, and degree of hydrothermal fluid interaction with, organic matter in different regions of the embayment. Significant intradeposit variation in δ34S values of vein sulfides (pyrite, chalcopyrite, galena) suggests that localized sources of sulfur existed in the Huronian and Archean rocks, with positive values (>0‰) in several of the mineralized vein systems likely reflecting the introduction of sulfur remobilized from the basement as a result of the conversion of pyrite to pyrrhotite in the underlying Archean rocks. Data and observations suggest that metals were transported in oxidized fluids, and precipitation occurred as a result of oxidation–reduction reactions along reactivated faults, which facilitated fluid mixing. Together with Pb isotope data for the vein systems, the isotopic data presented support a model for ore genesis in which the systems of precious-metal-bearing polymetallic calcite–quartz veins formed, and were reactivated, in response to two major episodes of hydrothermal fluid activity that occurred throughout the Cobalt Embayment, at ca. 2.2 and ca. 1.7 Ga. The proposed genetic model identifies the polymetallic veins as one manifestation of hydrothermal fluid activity during these basin-wide events and also recognizes the regional unconformity as a potential site for undiscovered, unconformity-associated hydrothermal polymetallic mineralization.

Abstract

L’embayment de Cobalt est un vaste domaine (~30,000 km2) de roches siliciclastiques paléoprotérozoïques (2.45–2.22 Ga) du Supergroupe Huronien qui recouvre avec discordance les roches archéennes du socle, la ceinture de roches vertes de l’Abitibi. Les roches sédimentaires ont subi les effets d’un métamorphisme inférieur au faciès schistes verts et d’une métasomatose liée aux stades finaux de l’orogenèse (ca. 1.9–1.7 Ga). Des systèmes de veines minéralisées enrichies en métaux précieux, à calcite + quartz, sont répandus dans ce bloc et partagent plusieurs attributs, par exemple leur morphologie, les minéraux du minerai et de la gangue, leur séquence paragénétique, et leur association dans l’espace aux failles régionales du socle archéen. Les veines polymétalliques sont typiquement encaissées dans la diabase de Nipissing, en filons-couches et en dykes mafiques distribués de façon régionale, et mis en place à environ 2.2 Ga dans les roches sédimentaires huroniennes. Les données isotopiques intégrées pour le carbone, l’oxygène, et le strontium dans la calcite, le minéral principal de la gangue, concordent pour indiquer une origine hydrothermale pour le réseau régional de veines polymétalliques, impliquant un mélange d’eau météorique et de saumures bassinales. Des variations locales en δ13C témoigneraient de la disponibilité et du degré de mélange avec la matière organique dans différents secteurs de ce domaine. Nous signalons des variations importantes en δ34S à l’intérieur d’un même gisement de sulfures (pyrite, chalcopyrite, galène) en veines qui témoigneraient de variations locales en sources de soufre dans les roches huroniennes et archéennes. Lea valeurs positives (>0‰) dans plusieurs systèmes de veines minéralisées résulteraient du soufre remobilisé au cours de la conversion de la pyrite à la pyrrhotite dans le socle archéen sous-jacent. D’après nos données et nos observations, les métaux ont été transportés dans des fluides oxydés, et la précipitation est due à des réactions d’oxydation et de réduction le long de failles réactivées, ce qui a facilité le mélange des fluides. Considérées avec les données sur les isotopes de plomb, nos données isotopiques sont conformes avec un modèle génétique selon lequel les systèmes de veines à calcite–quartz polymétalliques et enrichies en métaux précieux se seraient formés, et auraient été réactivés, en réponse à deux épisodes majeurs de circulation hydrothermale à l’échelle régionale, à ca. 2.2 et ca. 1.7 Ga. Selon le modèle génétique que nous préconisons, les veines polymétalliques seraient une manifestation de l’activité hydrothermale au cours de ces événements régionaux dans le bassin; leur présence signale l’importance de la discordance comme cible potentielle dans le recherche de minéralisation polymétallique hydrothermale.

(Traduit par la Rédaction)

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