Application of multiple sulfur isotope analysis to Archean ore-forming processes

• Main Author: Sharman, Elizabeth
• Other Authors: Boswell Wing (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2011
• Subjects: Earth Sciences - Geochemistry
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=104747

Identification of sulfur sources in an ore-forming system is important as it provides a greater understanding of how a mineral deposit forms and how best to explore for that particular type of deposit. It can also aid in the understanding of the ocean and atmosphere chemistry at the time of formation. Mass independent sulfur isotope fractionation in the Archean atmosphere provides a fingerprint for identifying non-magmatic sources of sulfur. This makes sulfur multiple isotope measurements a powerful tool for deconvolving ore-forming processes in the Archean. This thesis presents three applications of multiple sulfur isotope analysis for investigation of ore forming processes in the Archean. The first study evaluates proposed models for formation of volcanogenic massive sulfide (VMS) deposits during the Neo- and Mesoarchean, which demand little to no contribution of seawater sulfate to the ore-forming system. This is in contrast to Phanerozoic VMS systems where evidence for a seawater sulfate component is clear. We re-evaluate these models in the context of the ~2.7 Ga Noranda Camp of the Abitibi subprovince, Québec, using a combination of multiple sulfur isotope and trace element data. Sulfide samples analysed for this study have Δ33S values between -0.59 and -0.03 ‰. We interpret these negative values to reflect a sulfur component that originated in the seawater sulfate reservoir. Incorporation of this component appears to have increased during the collapse and subsequent evolution of the Noranda caldera. Higher concentrations of Se in samples with Δ33S values close to 0 ‰, and higher Fe/(Fe + Zn) values in sphalerite, are indicative of higher temperatures of formation.The second study is an investigation of sulfur sources that contributed to the formation of Cu- and Au-rich VMS deposits of the ~2.7 Ga Doyon-Bouquet-LaRonde (DBL) mining camp, also within the Abitibi subprovince. This subgroup of deposits has previously been interpreted as having a significant magmatic-hydrothermal source of ore fluids and metals. Multiple sulfur isotope analysis of deposits within the DBL mining camp, with the exception of one minor lens, indicates a very clear igneous-magmatic affinity (Δ33SV-CDT = 0.14 to +0.04 ‰), with little to no contribution from any surficial source of sulfur. In contrast, sulfide that formed at or very near the paleo-seafloor exhibits a distinct component of sulfur from the seawater sulfate reservoir (Δ33SV-CDT = 1.43 to 0.34 ‰). This study highlights the isotopic difference between the Noranda VMS deposits and those of the DBL. In addition, a lack of variation in Δ33S values between ore lenses which exhibit aluminous alteration and those that do not calls into question the characteristics with which to identify those VMS deposits that required dominant contribution of magmatic fluids.The final study examines sulfur sources within the Platreef, the main PGE bearing horizon of the Northern Limb of the Bushveld Igneous Complex (BIC), South Africa. The Platreef has a high percentage of sulfides relative to the analogous Merensky Reef in the eastern and western limbs of the BIC. It is in direct contact with underlying Neoarchean to Paleoproterozoic sediments, which are potential local sources of sulfur. However, Δ33S analysis of the Platreef sulfides identifies heterogeneous crustal sulfur contribution to the system both prior to and post-emplacement throughout the length of the Platreef.This thesis clearly demonstrates that multiple sulfur isotope analysis is a powerful tool for the identification of sulfur sources in ore forming processes of the Archean, and those involving Archean rocks, and can be applied to a range of problems and deposit types. It also highlights important issues for future consideration, including the role of seawater sulfate in the formation of Archean VMS deposits, and the characteristics of the parent magma of the BIC. === L'identification des sources de soufre dans la minéralisation est importante car elle permet de comprendre les processus et de définir la meilleure méthode d'exploration. Elle peut aussi aider à la compréhension de la chimie des océans et de l'atmosphère lors de sa formation. Le fractionnement indépendant de la masse des isotopes du soufre dans l'atmosphère de l'Archéen fournit une emprunte unique permettant d'identifier les sources de soufre non magmatiques. La nature chimique conservatrice des signatures du Δ33S en fait un outil puissant pour la déconvolution des processus minéralisateurs Archéen.Cette thèse présente trois applications de l'analyse multiple des isotopes du soufre dans l'investigation des processus de minéralisation à l'Archéen. La première étude teste les modèles de formation des sulfures massifs volcanogènes (SMV) Néo- et Mésoarchéen récemment proposés ne requérant peu ou pas d'apport de sulfate marin par rapport aux systèmes SMV du Phanérozoïque et contemporains où le sulfate marin joue un rôle important. Ces modèles sont réévalués en utilisant le camp de Noranda (~2.7 Ga), sous-province de l'Abitibi, et en combinant l'utilisation de données provenant de l'analyse des isotopes du soufre et des éléments traces.Les sulfures analysés pour cette étude ont des valeurs de δ34SV-CDT entre -14.90 et +2.49 ‰, et des valeurs de Δ33SV-CDT entre -0.59 et -0.03 ‰. Selon notre interprétation, les valeurs négatives de Δ33S sont dues à l'incorporation de soufre provenant de l'eau de mer. La proportion de soufre marin aurait augmenté durant l'affaissement et l'évolution subséquente de la caldera de Noranda. Des concentrations plus élevées de Se combinées à des valeurs près de 0 ‰ et d'un haut ratio Fe/(Fe + Zn) dans les sphalérites indiquent une température de formation élevée.La deuxième étude est une investigation des sources de soufre ayant contribuées à la formation des SMV riches en Cu et en Au du camp minier Doyon-Bousquet-LaRonde (DBL; ~2.7 Ga), aussi dans la sous-province de l'Abitibi. Une source magmatique-hydrothermale de fluides minéralisateurs importante était l'interprétation donnée pour ce sous-groupe. À l'exception d'une lentille mineure, l'analyse isotopique multiple des dépôts du camp minier DBL indiquent clairement une affinité ignée-magmatique (Δ33SV-CDT = 0.14 to +0.04 ‰), avec peu ou pas de contribution de soufre provenant de la surface. Par contre, les sulfures formés sur le plancher océanique ou près de celui-ci exhibe une contribution distinctive des sulfates marins (Δ33SV-CDT = 1.43 to 0.34 ‰). D'un autre côté, l'absence de variation des valeurs du Δ33S entre des lentilles minéralisées avec une altération alumineuse et celles ne démontrant pas cette altération remet en question les l'identification des dépôts de type SMV ayant une contribution importante ou dominante de fluides magmatiques. La dernière étude examine les sources de soufre du Platreef – horizon riche en éléments du groupe platine (EGP) du flanc nord du Complexe Igné Bushveld (CIB) en Afrique du Sud. Le Platreef contient un haut pourcentage de sulfures par rapport au dépôt analogue Merensky Reef des flancs est et ouest du CIB. Il est en contact direct avec les sédiments Néoarchéens à Paléoprotérozoïques qui sont une source potentielle de soufre locale. D'un autre côté, les analyses du Δ33S des sulfures du Platreef permettent d'identifier une contribution de soufre hétérogène provenant de la croûte terrestre, avant et après la mise en place du gisement.Cette étude démontre clairement que l'analyse multiple des isotopes du soufre est un outil puissant dans l'identification des sources de soufre des processus minéralisateurs de l'Archéen, ainsi que ceux impliquant des roches archéennes, et cette approche peut être appliquée à un éventail de problèmes et types de dépôt. Aussi, elle soulève des questions importantes sur le rôle du sulfate marin dans la formation des dépôts SMV de l'Archéen et les caractéristiques du magma du CIB.