The use of trace elements in pyrite and carbonates as a petrogenetic and exploration tool for carbonate-bearing Archean VMS: example from B26, Abitibi, Canada

Volcanogenic massive sulfide deposits (VMS) are major polymetallic deposits, and important sources of precious (Au, Ag) and strategic metals (Cu, Zn, Pb). They display a wide alteration halo, composed of chlorite-sericite (Noranda-type deposits), which zoning is commonly used in exploration. In some cases, some VMS also display a carbonatation in addition to this classic assemblage (i.e. Mattabi-type deposits) but the origin of the carbonates is still debated, and whether carbonate trace elements chemistry can be used in exploration, is currently unknown. The B26 prospect in the Selbaie mining camp (Abitibi greenstone belt, Québec, Canada) is an example of Mattabi-type VMS. Mineralization is spatially associated with widespread stratabound carbonate alteration hosted in rhyolitic tuffs and metamorphosed to greenschist facies. The carbonate alteration is continuous over several kilometers following preferentially porous felsic volcaniclastic units. This study focused on two transects: B26 and its surrounding area (<1km), and B26 West, 3 to 6km West along the same felsic units but with no major discovered showings. Textural observations, lithogeochemistry and in situ trace element chemistry of carbonates, pyrite, and sphalerite were studied, in one hand, in order to better understand the formation of the semi-conformable carbonate alteration at B26. In the other hand, the potential of combining mineral chemistry of these three species as an exploration tool for Mattabi-type VMS deposits was discussed. Systematic sampling of the carbonated hanging-wall was carried out to 1) characterize the carbonate alteration, 2) determine its relationship with the VMS mineralization, and 3) document the evolution of the geochemical signature of the minerals present within the carbonate-altered units with distance to B26. Lithogeochemistry was used to document the zonation in the carbonate alteration halo. The footwall, dominated by sericite and chlorite, is intensively leached. Carbonatation is important in the hanging-wall along the most porous units, and continuous over 10km along strike. The carbonate alteration is typical of Mattabi-type VMS deposits with siderite in and around the mineralized zones, surrounded by proximal ankerite and distal calcite. Carbonates are systematically associated with other typical VMS alteration minerals (chlorite-sericite-pyrite). Trace element geochemistry of carbonate was also developed as a petrogenetic tool to constrain the origin of the fluids involved in the formation of the carbonate alteration. The rare earth elements (REE) and Y patterns differentiate three types of carbonates (Type 1, 2 and 3). Type 1 carbonates are characterized by a negative Eu anomaly and are located within the mineralized ore shell. This signature is unusual for VMS environments, but it was documented in magmatic fluids and subaerial calderas and hydrothermal vents. Thus, it was interpreted to reflect a hydrothermal-magmatic fluid contribution related to the degassing of the underlying subvolcanic intrusion. Type 2 carbonates display a positive Eu anomaly and are the most abundant in B26 upper mineralization and proximal to intermediate carbonate-altered units. This REE signature has already been documented in other VMS deposits and was related to VMS hydrothermal fluids (i.e. modified seawater). Lastly, type 3 carbonates have a concave REE+Y pattern, with a depletion of light rare earth elements (LREE) and positive La anomaly. They are mostly found in the B26 West transect. The concave pattern resembles that of interstitial carbonates formed during diagenesis, thus formed in the pores of volcanic tuffs saturated with seawater distal from the VMS system. Pyrite trace elements was also used as a petrogenetic tool to confirm the origin of the carbonate-altered units as volcanogenic for B26 transect and dominantly diagenetic for B26 West. Pyrite from the mineralization is systematically enriched in Co, Se, Ag, Tl and their progressive decrease in pyrite, from the carbonate-altered units with distance, highlights several potential vectoring tools using pyrite. The combination of carbonate and pyrite trace elements shows that there is a continuous volcanogenic signature of the carbonate-altered units all along the B26 transect. These volcanogenic carbonates were formed by the degassing of the underlying Brouillan Intrusive Complex, with CO2-rich fluids flowing through active synvolcanic structures and along the most porous units, forming Mattabi-type stratabound carbonate alteration. On the B26 West transect, the presence of type 3 (diagenetic) carbonates combined with Mn and V-rich pyrite suggests that seawater was dominant during the formation of carbonate-altered units. The hydrothermal fluid, if present, was highly diluted. Carbonates formed from trapped seawater in the pores of the volcaniclastic units. This study shows that trace elements in carbonate and pyrite are a powerful tool to help determine the origin of carbonate alteration of VMS deposits and can be used for exploration for these deposits. \n \nLes gisements de sulfures massifs volcanogènes (SMV) sont des gisements polymétalliques représentant une source importante de métaux précieux (Au, Ag) et stratégiques (Cu, Zn, Pb). Ils présentent un large halo d'altération, composé dans certains cas de chlorite-séricite (SMV de type-Noranda), dont la zonalité est couramment utilisée comme outil d'exploration. Dans certains cas, une carbonatation s’ajoute à cet assemblage d’altération classique (SMV de type-Mattabi), mais l'origine de ces carbonates est encore débattue et le potentiel de leur signature chimique comme vecteur d'exploration sont actuellement inconnus. Le gîte B26, situé dans le camp minier de Selbaie (ceinture de roches vertes de l'Abitibi, Québec, Canada) est un exemple de SMV de type-Mattabi. La minéralisation y est spatialement associée à une altération carbonatée stratoïde étendue dans des tufs rhyolitiques et métamorphisés au faciès des schistes verts. L'altération carbonatée est continue sur plusieurs kilomètres et suit des unités volcanoclastiques felsiques poreuses. Cette étude s'est concentrée sur deux transects : B26 et ses environs (<1km), et B26 Ouest, 3 à 6km à l'ouest, dans la continuité des unités felsiques mais sans indices majeurs découverts. Les observations texturales, la lithogéochimie et la chimie minérale des carbonates, de la pyrite et de la sphalérite ont été étudiés, dans un premier temps, afin de mieux comprendre l’origine et la formation de l'altération carbonatée stratoïde à B26. Dans un second temps, cette étude a démontré le potentiel de la chimie minérale combinée de ces trois phases minérales, et en particulier leur contenu en éléments traces, en tant qu'outil d'exploration pour les gisements de SMV de type-Mattabi. Un échantillonnage systématique du toit de la minéralisation, unité la plus intensément carbonatée, a été réalisé pour 1) caractériser l'altération en carbonates, 2) déterminer sa relation avec la minéralisation de B26 et 3) documenter l'évolution de la signature géochimique des différents minéraux présents dans les unités carbonatées en fonction de la distance aux minéralisations. La lithogéochimie a été utilisée pour documenter les zonalités présentes dans le halo d'altération carbonaté. Le mur de la minéralisation, dominé par la séricite et la chlorite, est intensivement lessivé. La carbonatation est importante dans le toit, le long des unités les plus poreuses, et continue sur plus de 10 km. L'altération carbonatée est typique des gisements de SMV de type Mattabi, avec de la sidérite près des zones minéralisées, entouré par un halo d'ankérite proximale et de calcite distale. Les carbonates sont systématiquement associés à d'autres minéraux d'altération typiques des SMV (chlorite-séricite-pyrite). La chimie minérale sur les carbonates a aussi été utilisée comme outil pétrogénétique pour contraindre l'origine des fluides impliqués dans la formation de l'altération en carbonates. Les spectres d’éléments de terres rares (ETR) et Y permettent de distinguer trois types de carbonates (types 1, 2 et 3). Les carbonates de type 1 sont caractérisés par une anomalie négative en Eu et sont situés près des minéralisations. Cette signature est inhabituelle pour les SMV, cependant, elle a déjà été observée dans des fluides magmatiques, des caldeiras subaériennes et des évents hydrothermaux subaériens. Elle a donc été interprétée comme étant le reflet d‘une contribution de fluides hydrothermaux-magmatiques liés au dégazage d’une intrusion synvolcanique sous-jacente. Les carbonates de type 2 présentent une anomalie positive en Eu et sont les plus abondants à B26, présents dans les zones à Zn secondaires de B26 et dans les unités carbonatées proximales et intermédiaires. Cette signature a déjà été documentée dans d'autres gisements SMV et a été associée aux fluides hydrothermaux classiques de gisements SMV (c'est-à-dire à de l'eau de mer modifiée). Enfin, les carbonates de type 3 présentent un spectre d’ETR+Y concave, avec un appauvrissement en terres rares légères et une anomalie positive en La. Ils sont particulièrement présents dans le transect B26 Ouest. Le profil concave ressemble à celui des carbonates formés au cours de la diagenèse, dans les pores des tufs volcaniques saturés d'eau de mer, avec peu d’influence volcanogène. Les éléments traces de la pyrite ont également été utilisés comme outil pétrogénétique pour confirmer l'origine volcanogène des unités carbonatées à B26 et diagénétique du transect B26 Ouest. La pyrite présente dans la minéralisation est systématiquement enrichie en Co, Se, Ag, Tl, et les concentrations en ces éléments diminuent progressivement en s’éloignant des minéralisations, mettant en avant plusieurs vecteurs potentiels. La combinaison de la chimie minérale des carbonates et de la pyrite montre que les unités altérées en carbonates présentent une signature volcanogène co

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