ABSTRACT

Eight major stages of diagenesis have been recognized in the Middle Devonian host carbonate rocks of the Pine Point lead-zinc property, Northwest Territories, Canada. The stages are based on observations made in eleven open pits and on a number of diamond drill cores, and on study of a large suite of hand specimens and thin sections. Two of the diagenetic stages are recognized property-wide: others are developed either along the prominent hinge zones, or on a local, orebody scale. Observed relationships permit ordering of these stages into an approximate paragenetic sequence with the exception of bitumen migration, which appears to overlap a number of stages.

The first of the stages includes the development of fine-grained dolomite, the most widespread rock type on the property. Dolomites of this property-wide stage are interpreted to be of reflux origin, developed during early diagenesis. The next two stages, Presqu'ile dolomitization and pre-ore dissolution, are best developed along the North and Main hinge zones. Ground preparation in the form of fracturing and solution of the platform and reefal carbonates at Pine Point took place along the repeatedly active hinge zones, which are closely related to the McDonald fault system developed in Precambrian basement rocks. Hinge zone fractures acted as channelways for both descending meteoric waters (carbonate-evaporite dissolution and extensive internal collapse) and ascending hydrothermal solutions (saddle dolomites, sulphide mineralization, local thermal alteration and sulphurization of organic matter).

A complex of processes, overlapping in space and time, characterize the main mineralization stage. These processes include precipitation of iron sulphides; precipitation of sphalerite and galena; solution, fracturing and collapse, and internal sedimentation of carbonates and sulphides; precipitation of saddle dolomite as both a void-filling cement and a replacement mineral; and alteration and sulphurization of bitumen. Ore and ore-associated textures (dripstones, botryoidal banded sphalerite, cavities floored by internal sediment) suggest that these processes took place at shallow depth, possibly in a vadose zone related to Pennsylvanian-Permian uplift and erosion.

Succeeding stages are a post-ore stage, including fracture and remobilization of sulphides, dolomitization and replacement, and development of fibrous calcite; late-stage calcite; continued migration of bitumen; and latest stage processes, including local development of calcite and elemental sulphur, and the apparent development of delicate sphalerite and galena crystals related to very young (Pleistocene or Holocene?) collapse structures and fabrics.

The distribution of measured values of reflectance of vitrinite-like organic matter in the Middle Devonian carbonates shows two maxima. The first maximum corresponds to a rank of 0.4 - 0.5% R₀, or a temperature below 65°C, and reflects maximum burial of the host rocks at the end of the Mississippian. The second maximum, with a rank of 0.6 - 0.8% R₀ (and a few erratic values up to 1.1%), represents thermal anomalies associated with sulphide mineralization, and is in agreement with fluid-inclusion filling temperatures in sphalerite up to 100°C and the presence of thermally altered and sulphurized bitumen.

Burial history reconstructions based on regional stratigraphic data suggest that the outcropping Pine Point barrier complex was buried to depths of 1200-1500 metres at the end of the Mississippian. Much of the overlying cover was removed by erosion during Pennsylvanian to Jurassic uplift and erosion. Cretaceous sediments, removed by Late Cenozoic uplift and erosion, may have again buried the barrier complex, but only to depths of 600-1000 metres. The first maximum of organic matter reflectance is in agreement with this estimated burial history, if reasonable geothermal gradients of 30°C or less are assumed.

Pine Point sulphide ores represent the fortunate juxtaposition of warm, metal-bearing solutions probably arising from depth along the McDonald fault-associated hinge lines, fractured and brecciated collapse zones within host carbonates, and a locally available large source of hydrogen sulphide through previously described organic matter - sulphate reactions. The diagenetic stages recognized at Pine Point provide insight into the relative timing of sulphide mineralization within a spectrum of carbonate diagenetic processes which is much more widely developed than known orebody-scale sulphide mineralization.

SUCCESSION DES EVENEMENTS DIAGENETIQUES ET DE MINERALISATION, PROPRIETE DE PLOMB-ZINC DE PINE POINT, TERRITOIRES DU NORD-OUEST, CANADA

RESUME

Huit etages majeurs de diagenese ont ete reconnus dans les roches carbonatees hotes du Devonien moyen de la propriete de plomb-zinc de Pine Point des Territories du Nord-Ouest du Canada. Les etages sont bases sur des observations faites dans onze puits ouverts et sur un nombre de carottes forees au diamant et sur une etude d'une large suite de specimen a main et des lames minces. Deux des etages diagenetiques ont ete reconnus sur toute la propriete: les autres sont developpes soit tout au long les zones de charniere prominentes, ou sur une echelle locale, de corps de minerai. Les relations observees permettent le rangement de ces etages dans une sequence paragenetique approximee avec l'exception de la migration de bitumen, qui apparament chevauche un nombre d'etages. La premiere des etages comprend le developpement d'une dolomie finement granulee, le type de roche le plus etendu sur la propriete. Les dolomies de cet etage qui est etendu sur toute la propriete sont interpretees comme etant d'origine de reflux, developpee pendant le commencement de la diagenese. Les deux etages suivants, la dolomitisation Presqu'Ile et la dissolution avant la mineralisation, sont les mieux developpes au long de la zone de charniere principale et celle du Nord. La preparation de base sous la forme de fracturation et de solution des carbonates de plateforme et recifales a Pine Point s'est manifeste au long des zones de charniere, actives a repetition, reliees etroitement au systeme de failles McDonald dans les roches precambriennes de soubassement.

Les fractures de zone de charniere ont joue de chenaux pour les eaux meteoriques descendantes (dissolution des carbonates et des evaporites et des ecroulements extensifs internes) et pour les solutions ascendentes hydrotermales (dolomies de selle, mineralisation de sulphides, alteration thermique locale et sulphurisation de la matiere organique).

Un complexe de processus qui se chevauchent en temps et en espace, caracterise l'etage principal de mineralisation. Ceux-ci comprennent la precipitation des sulphides de ferre, la precipitation de sphalerite et de galene, la solution, fracturation, l'ecroulement, et la sedimentation des carbonates et des sulphides, la precipitation de la dolomie de selle comme d'une part: un ciment remplissant les trous et un minerai de

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remplacement, et, d'autre part, l'alteration et la sulphurisation de bitumen. Le minerai et les textures associees aux minerais (pierre a filtrer, sphalerite botryoidale bandee, cavites terassees de sediment interne) suggerent que ces processus ont tenu place a profondeur peu elevee, possiblement dans une zone vadose reliee a un soulevement pennsylvanien-permien et erosion. Les etages successifs sont un etage post-minerai, comprenant la fracturation et la remobilisation des sulphides, la dolomitisation et le replacement, et le developpement de calcite fibreux, calcite d'etage tard; la migration continuee de bitumen; et les processus d'etages ultimes comprenants le developpement local de calcite, souphre elemental et le developpement apparent de sphalerite delicat et des cristaux de galene relies a des structures et fabriques d'ecroulement tres jeunes (Pleistocenes ou Holocenes?)

La distribution des valeurs mesurees de reflexion des matieres organiques vitrinitiques dans les carbonates du Devonien moyen montre deux maxima. Le premier maximum correspond a un rang de 0.4-0.5%, R₀, ou a une temperature en dessous de 65°C, et reflecte un enterrement maximal des roches hotes vers la fin du Mississippien. Le second maximum, avec un rang de 0.6-0.8 R₀ (et quelques valeurs erratiques montant a 1.1%), represente des anomalies thermiques associees a des mineralisations de sulphides et est en accord avec les temperatures d'inclusion de fluides dans les sphalerites montant jusqu'a 100°C et la presence de bitumen altere thermiquement et sulphurise. Des reconstructions de l'histoire d'enterrement, basees sur des donnees regionales stratigraphiques, suggerent que le complexe de barriere en affleurement de Pine Point a ete enterre a des profondeurs de 1200-1500 m vers la fin du Mississippien. La plupart de la couverture a ete enlevee par l'erosion pendant le soulevement pennsilvanien jusqu'au Jurassique. Les sediments cretaces, eleves pendant le soulevement de la fin du Cenozoique, et erodes, auront pu de nouveau enterrer le complexe de barriere, mais seulement jusqu'a des profondeurs de 600-1000 m.

Le premier maximum de reflexion de matiere organique est en accord avec cette histoire estimee d'enterrement, si des gradients geothermiques raisonnables sont presumes.

Les minerais de sulphide de Pine Point representent la juxtaposition fortunee de solutions chaudes portant des metaux, montant probablement de la profondeur au long des lignes de charniere associees a la faille McDonald, des zones ecroulees fractionees et brecciees a l'interieur des carbonates hotes; et une large source de sulphide d'hydrogene, disponible localement, par les reactions de matiere organique - sulphate decrites prealablement. Les etapes diagenetiques reconnues a Pine Point donnent un apercu dans le chronometrage relatif de la mineralisation de sulphide en dedans du spectrum des processus diagenetiques des carbonates developpes sur un domaine plus etendu que les mineralisations de sulphides connues sur l'echelle de corps de minerai.

Traduit par G. van Doorne