Fine-grained Quartz Formed by the Sedimentation of Hydrothermal Precipitates in Mineral Veins: An Example from Tyndrum, Scotland, UK

Exploration and Mining Geology, Vol. 16, No. 1-2, 2007

I.M. Platten and S.C. Dominy

Abstract Sedimented hydrothermal precipitates of silica, now fine-grained quartz, are described from a Pb-Zn-bearing vein system. Their discrimination from the wall-accreted fine-grained quartz that is common in the shallow parts of epithermal systems is discussed. Local fine-grained (<0.3 mm) quartz accumulations occur in a suite of veins with otherwise normal drusiform and crustified infills. This sediment may fill the vein above chokes in steep segments (axial plugs), or form continuous layers within the footwall material where the vein is inclined at low to moderate angles. Pads of fine-grained sediment are deposited on the upwards-facing surfaces of wall-rock clasts and of drusiform crystals growing from the vein walls. The asymmetry of these deposits differentiates them from the more common symmetrical, crustified walllining deposits of fine-grained quartz and opaline silica, and requires a gravity-controlled, sedimentary depositional mechanism.

Thin section examination shows that much of the fine-grained quartz is present as elongate prisms. The prism habit was present soon after deposition, but it is not possible to identify unequivocally the original sedimented grains. Sedimentation of vein- and wall-rock-derived detritus is also recognized. Deposition of the fine-grained sediment accompanies normal in situ drusiform growth of quartz and other vein minerals. The mammilated and spherulitic textures associated with accretion of amorphous quartz are entirely absent from the Tyndrum veins with sedimented materials. The literature on modern hydrothermal waters and physical chemistry of silica precipitation shows that precipitates of silica suspended in hydrothermal fluids are amorphous and derived from colloidal silica. It is argued that much of the suspended silica was present as quartz at the time of deposition or was converted from amorphous silica almost immediately after deposition.

Hydrothermal sediments and their distribution potentially provide information on flow directions and velocity in veins. Plugs of sediment obstruct vertical flow and lead to local flows with large horizontal components. It is shown that sedimentation features occur in other deposits and can involve other minerals. If the features seen here can be scaled up to the size of major veins, they may result in up and downdip variations in mineral assemblages and abundances, which may affect grade.
Keywords: Quartz veins, silica precipitates, asymmetric veins, fluid flow, sedimented vein deposits.
Résumé Des précipités détritiques de silice hydrothermale, présentement constitués de quartz à grain fin, sont ici décrits dans un système de veines minéralisées en Pb-Zn. Les critères permettant de les distinguer du quartz à grain fin communément accrété aux épontes des parties peu profondes des systèmes épithermaux sont également discutés. Des accumulations locales de quartz à grain fin (<0.3 mm) ont été notées dans une série de veines autrement caractérisées par un remplissage normal présentant des textures drusiques et crustiformes. Ce sédiment interne se présente soit sous la forme d’un remplissage de la veine au dessus de points d’étranglement dans les segments à fort pendage (‘axial plugs’), soit sous la forme de couches continues au mur de la veine lorsque cette dernière présente un pendage faible à modéré. Des amas de sédiments internes à grain fin sont déposés sur les surfaces supérieures de fragments de l’encaissant ainsi que sur celles de cristaux drusiques formés aux parois des veines. L’asymétrie de ces dépôts les distingue des encroûtements de quartz à grain fin et de silice opaline communément observés, et requière un mécanisme sédimentaire contrôlé par gravité.

L’examen pétrographique montre qu’une proportion importante du quartz à grain fin se présente sous forme de prismes allongés. Cet habitus prismatique était présent peu après le dépôt, mais il n’est pas possible d’identifier sans équivoque les grains détritiques initiaux. La sédimentation de matériel détritique dérivé des veines et de l’encaissant a aussi été observée. La déposition de ce sédiment à grain fin accompagne la croissance normale in situ de quartz drusique et des autres minéraux filoniens. Les textures mamelonnées et sphérulitiques associées à la croissance de quartz amorphe sont entièrement absentes des veines de Tyndrum comportant des sédiments internes. La littérature sur les eaux hydrothermales modernes et la physico-chimie de la précipitation de la silice indique que les précipités de silice en suspension dans un fluide hydrothermal sont amorphes et dérivés de la silice colloïdale. Il est ici proposé qu’une part appréciable de la silice en suspension consistait en quartz au temps du dépôt, ou encore que la conversion a eu lieu presque immédiatement après sa déposition.

Les sédiments hydrothermaux et leur distribution peuvent potentiellement fournir de l’information sur la direction et la vitesse de l’écoulement dans les veines. Les bouchons de sédiment empêchent la circulation verticale et induisent une circulation locale possédant une composition horizontale importante. Il est démontré que des signes de sédimentation sont présents dans d’autres gisements et qu’ils peuvent impliquer d’autres minéraux. Si, toutes proportions gardées, les structures observées ici étaient présentes dans des veines majeures, elles pourraient mener à des variations le long du pendage des abondances et des assemblages minéraux, et possiblement affecter les teneurs.