Heritage Stone 8. Formation of Pinolitic Magnesite at Quartz Creek, British Columbia, Canada: Inferences from Preliminary Petrographic, Geochemical and Geochronological Studies

Abstract

Rocks in the Late Proterozoic Horsethief Creek Group at Quartz Creek in British Columbia display rare ‘pinolitic’ textures resembling those described in some sparry magnesite deposits elsewhere in the world. Elongated white magnesite crystals up to 30 cm long occur in a contrasting, dark, fine-grained matrix of dolomite, chlorite, organic material, clay minerals and pyrite. The rocks are aesthetically appealing for use in sculpture and as dimension stone. The term ‘pinolite’ is derived from the superficial similarities between these unusual textures and pinecones. Petrographic examination indicates that these textures formed when metasomatic fluids replaced primary sedimentary dolomite with magnesite. Fluids moved along fractures and bedding planes with repeated fracturing yielding magnesite crystals oriented in opposite directions on either side of annealed fractures, and broken magnesite crystals adjacent to later fractures. Magnesite contains dolomite microinclusions and has elevated Ca contents that are consistent with its formation by replacement of dolomite. Low concentrations of Cr, Ni, Co, Ti, Sr, and Ba in magnesite also imply formation in a metasomatic rather than a sedimentary environment. The rare earth element (REE) concentrations in the Quartz Creek magnesite are higher than those in most evaporitic magnesite and REE patterns lack the Ce and Eu anomalies that characterize carbonate rocks from sedimentary environments. Enrichment in light REE relative to heavy REE, and the similarities between dolomite, chlorite, and magnesite REE profiles, imply that metasomatic fluids modified the original sedimentary geochemical signature of the dolostones during formation of the pinolite rocks. A Late Ordovician to Early Silurian U–Pb age (433 ± 12 Ma), for titanite in the black matrix surrounding the sparry magnesite is younger than the local host rocks, and also younger than the Mesoproterozoic to Middle Cambrian stratigraphic ages of the host rocks for nearby magnesite deposits. The ca. 433 Ma titanite overlaps the ages for numerous fault-associated diatremes and volcaniclastic deposits in the area. Possibly the igneous activity furnished heat for, and/or was the source for, metasomatic fluids that produced the pinolite deposits.

Keywords:

• British Columbia,
• Lower Paleozoic,
• Mg metasomatism,
• Pinolite,
• Sparry magnesite,
• Titanite U–Pb dating

Résumé

Les roches du groupe de Horsethief Creek de la fin du Protérozoïque à Quartz Creek en Colombie-Britannique présentent des textures « pinolitiques » rares ressemblant à celles décrites dans certains dépôts de magnésite sparitique ailleurs dans le monde. Des cristaux de magnésite blancs et allongés, atteignant 30 cm de long, se trouvent dans une matrice à grains fins, sombre et contrastante, et composée de dolomie, de chlorite, de matière organique, de minéraux argileux et de pyrite. Les roches sont esthétiquement attrayantes pour un usage en sculpture et en tant que pierre de taille. Le terme « pinolite » est dérivé des similitudes superficielles entre ces textures inhabituelles et les pommes de pin. L'examen pétrographique indique que ces textures se sont formées lorsque les fluides métasomatiques ont remplacé la dolomie sédimentaire primaire par de la magnésite. Les fluides se sont déplacés le long des fractures et des plans de stratification présentant des fracturations répétées, produisant des cristaux de magnésite orientés dans des directions opposées de chaque côté des fractures recuites, et des cristaux de magnésite brisés adjacents aux fractures ultérieures. La magnésite contient des micro-inclusions de dolomie et a des teneurs élevées en Ca qui sont compatibles avec sa formation par remplacement de la dolomie. De faibles concentrations de Cr, Ni, Co, Ti, Sr et Ba dans la magnésite impliquent également la formation dans un environnement métasomatique plutôt que sédimentaire. Les concentrations d'éléments des terres rares (ETR) dans la magnésite de Quartz Creek sont plus élevées que celles de la plupart des magnésites évaporitiques et les profils d’ETR ne présentent pas les anomalies en Ce et Eu qui caractérisent les roches carbonatées des environnements sédimentaires. L'enrichissement en ETR légers par rapport aux ETR lourds, et les similitudes entre les profils des ETR de la dolomie, de la chlorite et de la magnésite, impliquent que les fluides métasomatiques ont modifié la signature géochimique sédimentaire originale des dolomies lors de la formation des pinolites. Un âge U–Pb de la fin de l'Ordovicien au début du Silurien (433 ± 12 Ma), pour la titanite dans la matrice noire entourant la magnésite sparitique, est plus récent que celui des roches hôtes locales, et également plus récent que les âges stratigraphiques du Mésoprotérozoïque au Cambrien moyen des roches hôtes des dépôts de magnésite voisins. La titanite d’environ 433 Ma chevauche les âges de nombreux diatrèmes et dépôts volcanoclastiques associés à des failles dans la région. Il est possible que l'activité ignée a fourni la chaleur et/ou a été la source des fluides métasomatiques qui ont produit les dépôts de pinolites.