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Petrography and Isotope Geochemistry of Diagenetic Carbonates in the Lower Cape Phillips Formation, Cornwallis Island, Arctic Archipelago, Canada

ABSTRACT The lower member of the Cape Phillips Formation (Late Ordovician - Early Silurian) on northeastern Cornwallis Island is a sequence of interbedded carbonates and shales that preserves a continuous record of diagenesis that started with the formation of early diagenetic, nonferroan calcite concretions and ended with precipitation of late stage nonferroan calcite in vugs and fractures. 13C values of concretion calcite range from -9.3 to +5.8‰ (PDB), indicating formation from pore waters influenced by bacterial sulphate reduction and methane generation. 18O values of concretionary calcite range from -11.2‰ to -4.3‰ (PDB) but the reasons for the variable and negative 18O values remain unclear. Dolomite replaced concretions and bedded limestones during later burial. Nonferroan saddle dolomite cement also precipitated during burial, prior to hydrocarbon migration. After hydrocarbon migration, late stage calcites, characterized by 18O values ranging from -22.2‰ to -6.1‰ (PDB), occur as dedolomite and as cement in vugs and cross-cutting fractures. Their negative and variable 18O values can be best explained by a variable hydrothermal input into calcite-precipitating pore waters. 13C values in late stage calcites range from -32.2 to +4.8‰ (PDB), with the more negative values likely related to hydrocarbon-oxidizing reactions, a conclusion supported by the presence of minor secondary, fluorescent hydrocarbon-bearing inclusions. The petrographic and geochemical evidence from the carbonates of this study is consistent with regional organic maturation data indicating that these rocks reached temperatures within the oil window. Hydrothermal effects, if real, must have been short-lived and were probably restricted to fracture zones. Elsewhere in the region, probably coeval hydrothermal fluids produced economically significant Mississippi Valley-type Pb-Zn mineralization. RESUME Le membre inferieur de la formation Cape Phillips (Ordovicien superieur - Silurien inferieur) dans la partie nord-est de l'ile Cornwallis est compose d' une sequence de roches carbonatees et de schistes argileux interstratifies qui documente le recit continu de la diagenese qui debuta tot avec la formation de concretions calcaires non-ferriferes et s'acheva avec la precipitation de calcite non-ferrifere de stade tardif dans des vacuoles et des fractures. Les valeurs de 13C de la calcite des concretions se situent entre -9,3 et +5,8‰(PDB), indiuant qu'elle fut formee a partir d'eaux de pores influencees par la reduction bacterienne des sulfates et la production de methane. Les valeurs de 18O da la calcite des concretions se situent entre -11,2‰ et -4,3‰(PDB), mais les raisons pour les valeurs variables et negatives de 18O demeurent incertaines. Les concretions et les calcaires lites furent remplaces par de la dolomie durant l'enfouissement tardif. Du ciment de dolomie "saddle" non-ferrifere fut aussi precipite durant l'enfouissement, avant la migration des hydrocarbures. Apres la migration des hydrocarbures, les calcites de stade tardif, caracterisees par des valeurs de 18O se situant entre -22,2‰ et -6,1‰(PDB), se retrouvent sous forme de dedolomie et de ciment dans des vacuoles et des fractures transversales. Leurs valeurs negatives et variables de 18O peuvent etre le mieux expliquees par un apport hydrothermal variable dans les eaux de pores a partir desquelles est precipitee la calcite. Les valeurs de 13C dans les calcites de stade tardif se situent entre -32,2 et +4,8‰(PDB), les valeurs les plus negatives etant vraisemblablement reliees aux reactions d'oxydation des hydrocarbures, une conclusion soutenue par la presence de petites quantites d'inclusions secondaires contenant des hydrocarbures fluorescents. Les preuves petrographiques et geochimiques provenant des roches carbonatees de cette etude sont en accord avec les donnees de maturation organique a l'echelle regionale, indiquant que ces roches atteignirent des temperatures situees dans la fenetre petrolifere. Les effets hydrothermaux, s'ils ont existe, ont du etre de courte duree et furent probablement limites au zones fissurees. Ailleurs dans la region, des fluides hydrothermaux probablement contemporains, produisirent une mineralisation en Pb-Zn a valeur economique du type vallee du Mississippi. Traduit par Marc Charest. End_Page 251-