The importance of different types of magmatism in VHMS mineralisation: evidence from the geochemistry of the host volcanic rocks to the Benambra massive sulphide deposits, Victoria, Australia

Summary

The Wilga and Currawong Cu-Zn massive sulphide deposits in southeastern Australia are hosted by a deformed sequence of Upper Silurian basaltic to rhyolitic volcanic and sedimentary rocks. The syn-volcanic mineralisation occurs immediately above a thick package of rhyolitic volcanic rocks and volcaniclastic rocks (Thorkidaan Volcanics), and is overlain by relatively thin intercalated sills, intrusive domes and flows of basalt, andesite and dacite (Gibson's Folly Formation). The Thorkidaan Volcanics have^εNd(420Ma) = -2.2 to - 9.8 and are considered to have been derived by partial melting of older crustal rocks, whereas the basalt-andesite-dacite hangingwall sequence has^ε(Nd(415Ma) = -0.5 to + 2.0 suggesting derivation from a relatively undepleted mantle source. Relatively high-Ti andesitic to dacitic rocks from the Bumble Creek area have^εNd(415Ma) = +5.2 to +5.9 suggesting affinities with Ordovician volcanic rocks elsewhere in the Lachlan Fold Belt. The Thorkidaan Volcanics display a limited silica range (73 to 79 wt.%), but have distinctive minor and trace element variations indicating a substantial fractionation history involving feldspar and several accessory phases. Major and trace element compositions of the basalt-andesite-dacite suite display regular variations consistent with a cogenetic relationship by fractional crystallisation. The basaltic rocks mostly have low TiO₂ (< 0.8 wt.%) and other chemical characteristics such as high Zr/Nb and La/Nb which suggest formation in a subduction-related setting; probably an embryonic back-arc basin developed on stretched continental lithosphere, or in small pull-apart basins developed adjacent to a transtensional margin. The magmatic history and paleogeography reflect an extensional tectonic and magmatic cycle comprising uplift, rhyolitic magmatism from crustal melting, extension, subsidence, and penetration of a mantle-derived basalt-andesite-dacite suite up extensional faults to the sea floor. Massive sulphide ores are located exactly at the stratigraphic change from rhyolitic to more mafic mantle-derived magma types. Consideration of the types of mineralisation associated with crustal, S-type granitoids, coupled with thermal constraints limiting the capacity of small bodies of silicic magma to initiate and sustain hydrothermal convection cells of reasonable size, suggests that in the absence of coeval mafic magmatism, S-type crustal-derived silicic volcanic packages are likely to be barren of VHMS deposits. Mineralisation occurs in association with mantle-derived basalt-andesite-dacite suites that either provide the necessary heat to facilitate leaching of the footwall volcanic rocks, or contribute metal-rich hydrothermal solutions during fractional crystallisation, or both.

Zusammenfassung

Die massiven Cu-Zn-Sulfid-Lagerstätten von Wilga und Currawong in Südostaustralien treten in einer tektonisch beanspruchten Abfolge von obersilurischen, basaltischen bis rhyolitischen Vulkaniten und Sedimenten auf. Die syn-vulkanische Vererzung ist unmittelbar oberhalb einer mächtigen Abfolge von rhyolitischen Vulkaniten und Vulkanoklastiten (Thorkidaan Vulkanite) zu finden, darüber folgen relativ dünne wechsellagernde G≯e, Intrusiv-Dome und Ergüsse von Basalt, Andesit und Dacit (Gibson's Folly Formation). Die Thorkidaan Vulkanite haben^εNd(420Ma) =-2,2 bis - 9,8 und dürften durch partielle Aufschmelzung älterer krustaler Gesteine entstanden sein. Die Basalt-Andesit-Dacit-Abfolge im Hangenden hat jedoch^εNd(415Ma) = -0,5 bis + 2,0, was auf Herkunft aus einer relativ wenig verarmten Mantelquelle hinweist. Relativ Ti-reiche andesitische bis dacitische Gesteine aus dem Gebiet vom Bumble Creek zeigen^εNd(415) = +5,2 bis + 5,9. Dies weist auf Beziehungen mit Ordovicischen Vulkaniten in anderen Teilen des Lachlan-Gürtels hin. Die Thorkidaan Vulkanite zeigen SiO₂-Gehalte von 73 bis 79 Gew. %, und charakteristische Variationen der Haupt- und Spurenelementgehalte. Diese lassen eine signifikante Fraktionierung erkennen, an der Feldspäte und verschiedene andere Nebengemengteile beteiligt waren. Die Haupt- und Spurenelementzusammensetzungen der Basalt-Andesit-Decit-Abfolge zeigt normale Variationen, die auf co-genetische Beziehungen mit fraktionierter Kristallisation hinweisen. Die basaltischen Gesteine haben niedrige Gehalte an TiO₂ (< 0, 8 gew. %) sowie hohe Zr/Nb und La/Nb Verhältnisse, die auf Bildung in einem Subduktionsbereich, wahrscheinlich in einem embryonischen Back-Arc Becken, das sich auf ausgedünnter kontinentaler Lithosphäre oder in einem kleinen Pull-Apart Becken in der Nähe eines transtensionalen Randes entwickelt hat, hinweisen. Die magmatische Entwicklungsgeschichte und die Palägeographie weisen auf Dehnungs-Tektonik und auf einen magmatischen Zyklus hin, der Hebung,rhyolitischen Vulkanismus infolge von Krustenaufschmelzung, Extension, Absenkung und Durchdringung mit einer vom Mantel bezogenen Basalt-Andesit-Dacit-Suite entlang von Verwerfungen auf den Meeresboden erkennen läßt. Massive Sulfiderze kommen genau an der stratigraphischen Grenze von rhyolitschen zu mafischen Magmatypen mit Mantel-Ursprung vor. Hier ist es erforderlich, die Vererzungstypen, die zusammen mit krustalen S-Typ Granitoiden vorkommen, ebenso zu erwägen, wie die thermalen Aspekte, die die Fähigkeit kleiner saurer Magmenkörper limitieren, hydrothermale Konvektionszellen ausreichender Größe in Gang zu setzen und zu erhalten. Das weist darauf hin, daß bei Fehlen von gleichaltrigem mafischem Magmatismus saure vulkanische Abfolgen mit Krustenherkunft sehr wahrscheinlich keine VHMS-Lagerstätten führen können. Diese Vererzungen sind an Basalt-Andesit-Dacit-Abfolgen mit Mantelherkunft gebunden, die entweder die notwendige Wärmequelle für die Auslaugung vulkanischer Gesteine im Liegenden lieferten und/oder metallreiche hydrothermale Lösungen während fraktionierter Kristallisation verfügbar machten.