Genesis of Disseminated Sulphide Assemblages in Niagara Peninsula, Canada

Zusammenfassung

Auf der Niagarahalbinsel in Süd-Ontario, Kanada, befinden sieh subökonomische Mineralvorkommen unedeler Metalle vom Typ des Mississipi-Valley in den ölführenden Karbonateinheiten der mittelsilurischen Sedimentationsfolge. Diese Einheiten, die sich am nordwestlichen Rand des Appalachenbeckens abgelagert haben, wurden bis zur Zeit der Appalachia-Orogenese von ungefähr 2,4 km mächtigen paläozoischen Sedimentbildungen überdeckt.

Die Sulfidminerale bilden dreizehn verschiedene Gemenge und kommen in Adern, Äderchen, Drusen und Stylolithflözen vor. Die Verteilung der Gangartminerale ist unregelmäßig, aber die Sulfidminerale beweisen eine überlappende vertikale Zonenanordnung. Obwohl die Lockport-Formation reicher an Dolomit ist, bezieht sich das Dolomitisationsmaß nicht direkt auf das Maß der Blei-Zink-Mineralisation.

Der Ursprung der Mineralgemenge wird von einem Modell erklärt, das die Mineralisation in Zusammenhang mit der Evolution des Appalachenbeckens bringt. Kleinere Quantitäten von Sphalerit (in Hornsteinknötchen) und Pyrit (framboiden) fällten während des frühen diagenetischen Stadiums aus. „Heiße“ petroleumführende, fossile Wässer wurden während der späteren Diagenese aus den Sedimenten ausgepreßt mittels der Verdichtung, bzw. der Kompressionsdrucke der Appalachia-Orogenese. Indem diese Wässer nach außen und nach oben in die Zonen geringeren Druckes flossen, wurden sie salziger und in flüssiges Petroleum und fossile Salzlösung getrennt. Petroleum, wegen des geringeren spezifischen Gewichts, ging der allgemeinen Verbreitungs- und Anstiegsbewegungen der fossilen Salzlösungen zu den Beckenrändern voraus. Die mittelsilurischen Karbonate der Niagarahalbinsel verhinderten den vorher relativ schnellen Fluß durch die unterliegenden klastischen Sedimente und wurden örtlich mit Petroleum angereichert, wobei es sich in das nächst überliegende, obersilurische Speichergestein bewegte. Dieses Petroleum schaffte eine Quelle von reduzierendem Schwefel. Im Lauf der Bewegungen ist es möglich, daß die fossilen Salzlösungen Metalle aus Sedimenten verschiedener Herkunft laugten. Nachdem die Metalle in der reduzierenden Schwefel-Zone angekommen waren, fielen sie als Sulfide aus.

Nach der Hebung des Beckens wurden die spätpaläozoischen Schichten abgetragen und die nach unten fließenden meteorischen Grundwässer laugten Metalle, Sulfate und Karbonate aus dem primären Gestein. Nachdem sie die Reduktionsbedingungen der wasserführenden Schichten erreicht hatten, fielen Sulfide aus, wo immer die Sättigung des reduzierenden Schwefels groß genug war.

Dieser Vorgang, der immer noch anhält, läßt den Schluß zu, daß viele in Karbonaten enthaltene Blei-Zink-Ablagerungen während der Hebungsperioden angereichert worden sein könnten.

Abstract

In the Niagara Peninsula of Southern Ontario, Canada, subeconomic occurrences of Mississippi Valley-type base metal assemblages are found in the petroliferous carbonate units of the Middle Silurian sedimentary succession. These units, which were deposited on the northwestern margin of the Appalachian Basin, were buried by about 2.4 km of Paleozoic sediments up to the time of the Appalachian orogeny.

The sulphide minerals form 13 different assemblages and occur in veins, veinlets, vugs and stylolite seams. Distribution of the gangue minerals is irregular but the sulphide minerals display an overlapping vertical zonation. Although dolomite is more abundant in the Lockport Formation, the amount of dolomitization is not directly related to the degree of lead-zinc mineralization.

The origin of the assemblages can be explained by a model that relates mineralization to the evolution of the Appalachian Basin. Minor quantities of sphalerite (in chert nodules) and pyrite (as framboids) precipitated during the early diagenetic stage. During later diagenesis, “hot” petroleum-bearing connate waters were expelled from sediments by compaction, and possibly later by the compressive forces of the Appalachian orogeny. As these waters moved outward and upward to zones of lower pressure, they became more saline and separated into liquid petroleum and connate brine phases. Petroleum, due to its lower density, preceded the general outward and upward movement of the connate brines to the basin margins. Here, the Middle Silurian carbonates of the Niagara Peninsula impeded the previous, relatively rapid flow, through the underlying clastics, and were locally enriched in petroleum as it moved into the immediately overlying Upper Silurian reservoirs. This petroleum provided source of reduced sulphur. During their passage, the connate brines probably leached metals from a variety of sediments of differing provenance. These metals precipitated as sulphides on reaching the zone of reduced sulphure.

After uplift of the basin, the late Paleozoic strata were eroded and downward-moving meteoric groundwater leached metals, sulphates and carbonates from the host rocks. On reaching the reducing conditions of the water table, sulphides precipitated where the concentration of reduced sulphur was sufficiently high. This process, which is still continuing enables us to propose that many carbonate-hosted Pb-Zn deposits may have been enriched during periods of uplift.

Résumé

Dans la péninsule du Niagara au sud de l'Ontario, Canada, on trouve quelques associations subéconomiques de métaux non précieux du type vallée du Mississipi, et qui se trouvent dans des unités calcaires pétroliféres de la série sédimentaire du Silurien moyen. Ces unités qui s'étaient déposées sur le bord nord-ouest du bassin des Appalaches, sont surmontées par 2,4 km. de sédiments paléozoïques avant que débute l'orogenèse des Appalaches.

Les minéraux sulfurés forment treize associations différentes et se présentent en veines, veinules, filons, géodes et joints stylolithiques. La répartition des minéraux de la guangue est irrégulière, mais les minéraux sulfurés montrent une structure zonaire verticale en dépassements. Bien que la formation de Lockport soit plus riche en dolomie, le degré de dolomitisation n'est pas directement en relation avec le degré de la minéralisation en plomb et zinc.

L'origine des associations s'explique par un modèle qui établit un rapport entre la minéralisation et l'évolution du bassin des Appalaches. De petites quantités de sphalérite (en nodules de roche cornée) et de pyrite (framboïdale) se sont précipitèes au debut de la diagenèse. Au cours d'une étape plus récente de la diagenèse, des eaux fossiles «chaudes», pétrolifères furent expulsées par suite du tassement, et peut-être plus tard par la compression liée à l'orogenèse des Appalaches. A mesure que ces eaux montaient vers les zones de pression plus basses, elles sont devenues plus salines et se sont séparées en phases de pétrole liquide et d'eaux salées fossiles. Le pétrole, vu sa densité plus faible, a précédé le mouvement général d'expulsion et de montée des eaux salées fossiles vers les bords du bassin. Là, les calcaires du Silurien moyen de la péninsule du Niagara ont empêché le courant précédent, relativement rapide dans les roches clastiques sousjacentes, et se sont localement enrichis en pétrole à mesure que ce courant passait dans les réservoirs du Silurien supérieur immédiatement sus-jacent. Ce pétrole fournissait une source de soufre réduit. Pendant leur passage les eaux salées fossiles ont probablement lessivé des métaux de divers sédiments de provenances différentes. Arrivés dans la zone du soufre réduit, ces métaux se sont précipités comme sulfures. Après le soulèvement du bassin, les couches du Paléozoïque supérieur ont été erodées et la nappe météorique d'eau souterraine a lessivé en descendant les métaux, sulfates et carbonates de la plupart des roches. En arrivant dans les conditions réductrices de la couche aquifère, les sulfures se sont précipités là oú la concentration en soufre réduit était suffisamment élevée. Ce processus, qui continue toujours, me permet de suggérer que beaucoup de dépôts de plomb et de zinc en milieu calcareux, peuvent s'être enrichis pendant les périodes de soulèvement.

Краткое содержание

На полуострове Ниага ра на юге озера Онтари о в Канаде известны залежы неблагородных метал лов незначительного экономического знач ения, похожие на таковые долины Мис сиссиппи. Они содержа т в карбонатных стратиг рафических единицах среднесилу рских осадочных паче к нефть. Седименты, отложивши еся на северо-западном кр ае бассейна Аппалаче й, были перекрыты палеозойскими осадо чными породами приме рно в 2,4 км мощности до горообра зовательного процесса Аппалачей.

Сульфидные минералы образуют 13 различных с ообществ и встречаются в жилах, жилках, друзах и пластах стилолитов. Распределение минер алов по типу жил неравномерн ое, но присутствие сул ьфидных минералов указывает на налагающееся ветр икальное распределе ние зон. Хотя Ярус Lockport богат доломитом, количеств о последнего не имеет прямой связи с количеством свинцовоцинковой ми нерализации.

Происхождение сообщ еств минералов объяс няют по модели так, чтобы связать минерализац ию с эволюцией бассей на Аппалачей. Небольшие количества сфалерита (в роговике) и пирита (framboiden) образовали сь на ранней стадии диагенеза. „Го рячие", несущие нефть ф оссильные воды оказались выдавленными из осад очных пород на поздни х стадиях диагенеза, в резултат е уплотнения их, или сда вления во время ороге неза Аппалачей. В то время, как воды подним ались вверх, или вытек али из данной зоны в зоны наименьшего давлени я, они становились все солене и разделились на нефть и фоссильный солевой раствор. Нефть, из-за ее небольшого удельног о веса, располагалась над по днимающимися фоссил ьными солевыми растворами, именно по краям бассе йна. Среднесилурийск ие карбонаты полуостро ва Ниагара служили помехой прод вижению нефти через н излежащие кластические порода, и местами насы щались ею; тогда она вн едрялась в ближайшие надлежащи е верхнесилурийские п ороды — ловушки. Эта не фть и послужила источником для образ ования серы в восстан овленной форме. Возможно, что при их продвижению фо ссильные солевые рас т воры выщелачивали металл ы из осадочных пород ра зличного происхожде ния. Попав в зону восстановленно й серы, металлы выпадал и в виде сульфидов.

После поднятия всего бассейна позднепале озойские горизонты оказались снесенными, а проходя щая через толщу дожде вая вода, превратившаяся теперь в грутновую, вы щелачивала металлы, с ульфаты и карбонаты из первичн ых пород. Достигнув восс тановительных услов ий водоностных слоев, сульфиды вьшадли там, где насыщенность восстановленной сер ы оказывалась достаточной.

Этот процесс, продолж ающийся и сегодня, раз решает заключить, что многоч исленные отложения свинца и ци нка и карбонатах нако пились во время периода поднятия области.