A comparison of fluids causing post-depositional hydrothermal alteration in Archaean basement granitoids and the Witwatersrand Basin

Summary

Some Archaean granitoids occurring along the north-western and western edge of what is classically known as the Witwatersrand Basin have been hydrothermally altered in two different styles. Both styles - pervasive and vein-controlled alteration - are characterised by sulphide mineralisation as well as by thorium-, uranium-, gold- and REE-rich nodules of carbonaceous material (fly-speck carbon). All of the granitoids displaying these characteristic alteration styles are associated with secondary moderate-to high-salinity, Ca-rich fluid inclusions with low homogenisation temperatures in magmatic quartz and quartz veins. C-isotopes of the fly-speck carbon and the fluid composition of the associated fluid inclusions are typical of modified basin brines. Similar types of Ca-rich fluid inclusions were found in authigenic quartz and hydrothermal quartz veins from gold-bearing, hydrothermally altered sediments of the Witwatersrand Basin, although the salinities of the fluids in the basement granitiods are somewhat higher. The moderate- to high salinity of this inclusion fluid and its present composition is considered to be the result of modifications by fluid-rock interaction during transport and subsequent metamorphism within the Witwatersrand Basin. Available age data on the hydrothermally derived minerals in these granitoids range between 2.7 and 2.0 Ga indicating several fluid pulses, with fluids repeatedly expelled during the dewatering of the Witwatersrand Basin. These data are consistent with the conclusion that major parts of the alteration are the result of sediment dewatering which affected both the granitoids and the gold-bearing strata within the Witwatersrand Basin.

Zusammenfassung

Einige archaische Granitoide, die am nordwestlichen und westlichen Rand des Witwatersrand Beckens vorkommen, zeigen zwei Arten von hydrothermaler Überprägung. Beide Arten, pervasiv und gangförmig, sind mit einer Sulfidmineralisation und Thorium-, Uran-, Gold-, und SEE-reichen Knollen aus kohliger Substanz assoziiert. Alle Granitoide, die sich durch diese spezielle hydrothermale Überprägung auszeichnen, besitzen sekundäre moderat- bis hochsalinare, Ca-reiche Fluideinschlüsse mit niedrigen Homogenisierungstemperaturen in magmatischen und hydrothermalen Quarzen. Diese Fluide werden als modifizierte Beckenwässer gedeutet. Ähnliche Ca-reiche Fluideinschlüsse wurden in authigenen und hydrothermalen Quarzen in goldführenden, hydrothermal veränderten Sedimenten des Witwatersrand Beckens beobachtet, obwohl die Salinitäten der wässrigen Fluide in den Granitoiden noch höher sind. Die moderate bis hohe Salinität und die derzeitige Zusammensetzung der Einschlußfluide wird als eine Konsequenz aus der Fluid-Gesteinswechselwirkung, die während des Transportes im Becken stattfand, und der nachfolgenden Metamorphose angesehen. Vorläufige Altersdaten von den hydrothermal gebildeten Mineralen weisen auf mehrere hydrothermale Ereignisse während einer Zeitspanne zwischen 2.7 und 2.0 Ga hin. Während dieser Zeitspanne kam es durch Beckenentwässerung zu wiederholten Fluidschüben aus dem Becken in die Granitoide aufgrund lokaler tektonischer Ereignisse. Diese Daten deuten an, daß ein großer Teil der hydrothermalen Überprägung sowohl der Granitoide als auch der goldführenden Sedimente durch Formationswässer aus dem Witwatersrand Becken gebildet worden ist.