Geochemistry of Ordovician black shales at Meductic, southern Miramichi Highlands, New Brunswick
Authors: Hennessy James F. , Mossman David J. 
Published: September 2014

The geochemistry of black shales is useful for identifying geological events such as anoxia, for predicting the proximity of submarine hydrothermal springs and associated mineral deposits, and for indicating the existence of mineral deposits in precursor terrains. In the Miramichi Highlands of New Brunswick, large massive sulfide deposits occur in a mid-Ordovician (Llanvirnian) sequence of felsic volcanic and sedimentary rocks of the Tetagouche Group, disconformably overlying relatively monotonous quartzose wacke and grey-green shale of the Miramichi Group. Black shales commonly occur at the boundary between the Miramichi and Tetagouche groups, and in some areas such as at Meductic in the southern Miramichi Highlands, they display high heavy metal values in common with Scandinavian-Caledonide black shales. Like the massive sulphide deposits, the Meductic metalliferous black shales were deposited in a back-arc basin associated with an island-arc system formed during the closing of the proto-Atlantic Ocean and the onset of the Taconian orogeny.

The average Meductic black shale, as deduced from the Bright Eye Brook Formation at the base of the Tetagouche Group, shows high values of V and Ba, moderate enrichment in Nb, Th, Pb, Ti, and Crf and depletion in Sr, Cu and Ni compared to black shale USGS standard SDO-1. Total organic carbon is well above the minimum value for a carbonaceous shale, the highest value (2.35%) corresponding to highest V (3016 ppm) and highest Ba (16,173 ppm). CaO, Fe2O3 and MnO contents are low, and SiO2, K2O and P2O5 contents are relatively high compared to the standard. Chondrite-normalized REE patterns show elevated LREE, fairly flat HREE signatures, a negative Eu anomaly and a slightly positive Cc anomaly. These features are characteristic of marine volcanological detrital input rather than a hydrothermal regime. Correlation of high V with Ba indicates that conditions were favourable for deposition of both metals. It is postulated that early deposition in an oxic environment (higher than normal MnO) was succeeded by gradual stagnation (increasing levels of V). Concomitant enrichment in Ba under anoxic conditions was linked to a regime of elevated heat flow. This scenario is compatible with the record of sea level fluctuations during the early Palaeozoic.

RÉSUMÉ

L'analyse géochimique des schistes noirs permet de deceler des phénomènes géologiques comme l'anoxie, qui annonce la proximité de sources hydrothermales sous-marines et de gites minéraux connexes et qui révèle l'existence de gttes minéraux dans des terrains précurseurs. Dans les hautes terres de Miramichi, au Nouveau-Brunswick, on relève des gisements de sulfures massifs importants dans une séquence de l'Ordovicien moyen (Llanvirnien) de roches sédimentaires et volcanofelsiques du groupe de Tetagouche qui recouvrent de fa÷on discordante des wackes quartzeuses relativement monotones et des schistes gris-vert du groupe de Miramichi. On trouve couramment des schistes noirs le long de la frontière séparant les groupes de Miramichi et de Tetagouche; de plus, dans certains secteurs, comme eclui de Meductic, dans le sud des hautes terres de Miramichi, les schistes noirs affichent, en commun avec des schistes noirs scandinaviens-calédoniens, des valeurs élevées de métaux lourds. À l'instar des gisements de sulfures massifs, les schistes noirs métalliferes de Meductic se sont déposés dans des bassins arrière-arcs associés a un système d'arcs insulaires formé lors de la fermeture de l'ocean proto-atlantique et au début de l'orogenèse taconique.

Les schistes noirs de Meductic moyens, d'après ce qu'on en déduit de la Formation de Bright Eye Brook à labase du groupe de Tetagouche, affichent des valeurs élevéens de V et de Ba, un enrichissement moyen en Nb, Th,Pb, Ti et Cr, ainsi qu'une réduction de Sr, de Cu et de Ni, comparativement à la norme SDO-1 du USGS. Lecarbone organique total se situé bien au-dessus de la valcur minimale d'un schiste charbonneux, la valeur la plus élevée (2,35 %) correspondant aux teneurs les plus élevées en V (3 016 mg/kg) et en Ba (16 173 mg/kg). Lesteneurs en CaO, Fe2O3 et en MnO sont basses et celles en SiO2, K2O et P2O5 sont relativement élevées comparativementaux teneurs normales. Les modeles d'ETR réduits en chondrites affichent des quantités élevées d'éléments deterres rares legers, des signatures d'éléments de terres rares lourds passablement uniformes, une anomalie négatived'Eu et une anomalie légèrement positive de Ce. Ces traits sont caractéristiques d'un apport détritique volcanologiquemarin ptutôt que d'un régime hydrothermal. La corrélation de valeurs élevées de V et de B revéle que les conditions étaient propices à la sédimentation des deux métaux. On suppose qu'une sédimentation précoce dans unmilieu oxique (présence de MnO supérieure à la normale) a été suivie par une stagnation graduelle (nivcaux croissants de V). On a relié l'enrichissement concomitant en Ba dans des conditions anoxiques à un régime deflux thermique élevé. Ce scénario est compatible avec les fluctuations du niveau de la mer enregistrées au coursdu Paléozoique inférieur.

[Traduit par la réedaction]