Rn-generated206Pb in hydrothermal sulphide minerals and bitumen from the Ventersdorp Contact Reef, South Africa

Summary The auriferous conglomerate horizons (reefs) in the Witwatersrand Basin of South Africa are in many places cut by hydrothermal quartz veins that frequently contain sulphide, bitumen, and, less commonly, free gold. New Pb isotopic results for the Ventersdorp Contact Reef which has experienced particularly intense hydrothermal alteration, reaffirm the radiogenically enriched nature of the Pb in this reef and provide additional insight into its origin. This study focuses on analyses of galena, chalcopyrite, pyrrhotite, and bitumen from quartz veins, which presumably formed during the 2.020 Ga Vredefort meteorite impact event. The radiogenic, mainly uranogenic, component of the Pb appears to have been derived almost entirely from uraninite in the surrounding reef rock. Assigning a 2.02 Ga age of mineralization and constructing secondary isochrons for paragenetically early galena and chalcopyrite, ages of the source uraninite are calculated as 2.6–2.4 Ga. No special significance is ascribed to these source ages, which likely reflect extensive radiogenic Pb loss from originally somewhat older detrital uraninite during transport, sedimentation, and post-burial alteration. Analyses of detrital(?), syngenetic, and epigenetic pyrite from a reef conglomerate define a subsidiary linear array with a considerably shallower slope. Interpreted as a secondary isochron, the array gives an implausibly young mineralization and/or source age indicative of a superimposed isotopic disturbance.Five analyses of paragenetically late chalcopyrite and pyrrhotite plot on a²⁰⁷Pb/²⁰⁴pb versus²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb diagram with nearly constant²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb of 24.1–24.6 despite a huge range in²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb from 60–230. This trend is further revealed by Pb with similar²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb but still higher²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb ratios (up to 949) in bitumen globules deposited on quartz crystals lining cavities in the veins. This nearly horizontal array cannot be interpreted as a secondary isochron, and requires the addition of virtually pure²⁰⁶pb to a more normal, radiogenically-enriched Pb. The most plausible explanation for this decoupling of the²³⁸U and²³⁵U decay schemes is that an intermediate daughter isotope, most likely²²²Rn, diffused from uraninite and was selectively captured by the bitumen where it subsequently decayed to²⁰⁶Pb. Whether the 206 Pb was acquired mainly at the time of hydrothermal activity by fluids at elevated temperatures, or more or less continuously until the present remains unresolved.

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Durch Rn erzeugtes²⁰⁶Pb in hydrothermalen Sulfid-Mineralen und Bittunen vom Ventersdorp Contact Reef, Südafrika

Zusammenfassung Die goldhältigen Konglomeratehorizonte (Reefs) im Witwatersrand Becken von Südafrika werden vielerorts von hydrothermalen Quarzadern durchkreuzt, die verschiedene Sulfide, Bitumen, und Spuren von Gold führen. Neue Pb-Isotopendaten vom Ventersdorp Contact Reef (VCR), welches besonders intensive hydrothermale Veränderung erfahren hat, bestätigen die abnormal radiogene Natur des Pb in diesem speziellen Reef. Darüber hinaus führen sie zu einem neuen Verständnis der Herkunft dieses Pb. Schwerpunkt dieser Studie war die Analyse von Bleiglanz, Kupferkies und Bitumen in Quarzadern, deren Bildung dem 2.020 Ga Vredefort Impaktereignis zugeschrieben wird. Die radiogene, hauptsächlich uranogene Pb-Komponente kann beinahe ausschließlich von Uraninit im umgebenden Reef abgeleitet werden. Von sekundären Isochronen, deren Berechnung auf der Annahme eines Mineralisationsalters von 2.02 Ga beruht, lassen sich Alter von 2.6–2.4 Ga für den Uraninit ableiten. Diesen Altern wird jedoch keine weitere Bedeutung beigemessen, da sie wohl eher erheblichen radiogenen Pb-Verlust eines ursprünglich etwas älteren Uraninit während Transport, Sedimentation und spät- bis post-diagentischer Alteration widerspiegeln. Analysen von detritischem (?), syngenetischem und epigenetischem Pyrit von einem Reef-Horizont folgen einem abweichenden Trend mit erheblich geringerer Neigung in einem²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb versus²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb Diagramm. Als sekundäre Isochrone betrachtet, entspricht dieser Trend entweder einem unwahrscheinlich jungen Alter oder er drückt eine spätere Störung des Isotopensystems aus.Fünf Analysen von paragentisch spätem Kupferkies und Magnetkies haben ein nahezu konstantes²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb Verhältnis von 24.1–24.6 trotz einer enormen Spanne in deren²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb Verhältnissen (60–230). Dieser Trend wird weiters duch Pb mit ähnlichen²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb aber noch höheren²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb Verhältnissen (bis zu 949) in Bitumen-Aggregaten innerhalb von Quarz-Drusen unterstrichen. Diese extrem flache Datenverteilung in einem²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb versus²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb Diagramm kann nicht als sekundäre Isochrone interpretiert werden, sondern verlangt die Zufuhr von praktisch reinem²⁰⁶Pb zu eher normalem, radiogen angereichertem Pb. Diffusion eines intermediären Tochterisotops, höchst wahrscheinlich²²²Rn, und selektiver Einbau desselben in das Bitumen mit anschließendem Zerfall zu²⁰⁶Pb halten wir für die naheliegendste Erklärung dieser Entkoppelung der²³⁸U- und²³⁹U-Zerfallsreihen. Offen bleibt die Frage, ob der Einbau des²⁰⁶Pb hauptsächlich zum Zeitpunkt der hydrothermalen Überprägung oder mehr oder weniger kontinuierlich bis heute stattgefunden hat.