Structural Controls on Massive Sulfide Deposition and Hydrothermal Alteration in the South Sturgeon Lake Caldera, Northwestern Ontario

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

A.H. Mumin, S.D. Scott, A.K. Somarin, and K.S. Oran

Abstract Synvolcanic structures played a fundamental role in the genesis, morphology, and siting of volcanogenic massive sulfide ores and associated hydrothermal alteration in the Archean South Sturgeon Lake caldera complex. The most voluminous and persistent hydrothermal venting and massive sulfide deposition occurred along synvolcanic rifts and grabens associated with faults and tectonic fissures that created permeable fracture zones deep enough to access the underlying hydrothermal reservoir. The type of fracturing is highly variable and changes with the composition, competency, degree of consolidation, and alteration of host rocks. Synvolcanic structures and fracture styles also vary according to the amount and type of tectonic movement, including extension-related collapse, shearing and faulting perpendicular to the principal direction of extension, and orthogonal faulting and shearing. Permeable conduits were created by tension fracturing along fault zones, brittle deformation at the intersections of orthogonal faults, and by extensional fractures in stockworks. In texturally uniform footwall rocks, the distribution of alteration zones was controlled by the morphology of the structural conduit. In rocks with vertical and/or lateral facies, permeability, and competency changes (e.g., Lyon Lake graben), there was an additional stratigraphic control over fluid migration. Some crosscutting synvolcanic structures, alteration zones, and intrusions appear as stratiform units at the present erosion surface due to regional deformation and the present attitude of the volcanic stratigraphy.

Hydrothermal mineral assemblages (e.g., quartz, carbonates, chlorite, pyrite, chalcopyrite) infilling structurally induced fractures provide good evidence of fluid migration pathways. However, mineralogy can vary significantly according to the fluid characteristics, host rock geochemistry, and subsequent metamorphic history of the area.

Clearly, one of the best methods for locating volcanogenic massive sulfide deposits is to delineate the attitudes of synvolcanic structures, and explore those that show evidence of associated high-temperature hydrothermal mineral assemblages. Excellent exploration targets occur where synvolcanic structures with hydrothermal alteration intersect paleo-seafloor horizons.
Keywords: Volcanogenic massive sulfide deposits, Sturgeon Lake, hydrothermal alteration, structural geology
Résumé Les structures synvolcaniques ont joué un rôle important dans la genèse, la morphologie et la localisation des minerais de sulfures massifs volcanogènes et de l’altération hydrothermale qui leur est associée dans la caldeira complexe archéenne de South Sturgeon Lake. Les exhalaisons hydrothermales les plus considérables et persistantes ainsi que l’accumulation de sulfures massifs ont eu lieu le long de rifts et de grabens synvolcaniques associés à des failles et des fractures tectoniques qui ont généré une zone fracturée perméable suffisamment profonde pour atteindre le réservoir hydrothermal sous-jacent. Ce type de fracturation est très variable et change en fonction de la composition, de la compétence, du degré de consolidation et d’altération des roches hôtes. Les structures et les styles de fracturation synvolcanique varient aussi en fonction de l’importance et du type de mouvement tectonique, incluant l’effondrement en contexte de distension, le cisaillement et les failles perpendiculaires à la direction principale d’extension ainsi que les failles et cisaillement orthogonaux. Des conduits perméables ont été créés par rupture de tension le long de zones de faille, par déformation cassante à l’intersection de failles orthogonales et des fractures en extension dans des stockworks. Quand les roches du mur sont texturalement homogènes, la distribution des zones d’altération est contrôlée par la morphologie du conduit structural. Là où les roches présentent des variations verticales et latérales de faciès, de perméabilité et de compétence (e.g. Graben de Lyon Lake), on note que la stratigraphie exerce un degré de contrôle additionnel sur la circulation des fluides. Certaines structures synvolcaniques, zones d’altération et intrusions sécantes doivent leur aspect stratiforme le long de la surface d’érosion actuelle à la déformation régionale et à l’attitude présente de la stratigraphie.

Les assemblages de minéraux hydrothermaux (e.g. quartz, carbonates, chlorite, pyrite, chalcopyrite) en remplissage dans les fractures résultant de l’activité structurale témoignent bien de la trajectoire empruntée par les fluides. Leur minéralogie peut toutefois varier considérablement selon les caractéristiques du fluide, la géochimie de la roche hôte et l’histoire métamorphique subséquente du secteur.

On peut constater que l’une des meilleures méthodes pour trouver des gisements de sulfures massifs volcanogènes est clairement de définir l’attitude des structures synvolcaniques, puis d’explorer celles qui présentent des assemblages de minéraux hydrothermaux de haute température. D’excellentes cibles d’exploration peuvent être trouvées à l’intersection d’horizons correspondant à la paléo-surface du plancher océanique avec des structures synvolcaniques associées à une altération hydrothermale.