Abstract

We have determined the wetting properties of Fe–(±Ni,Cu,Co)–S–O melts against chromite in experiments performed at 1300°C using C–O–S gas mixtures to control oxygen and sulfur fugacities [f(O2) and f(S2), respectively]. Products of experiments at f(O2) = 10−8.1 and 10−8.8 produced “wetting” textures, as all dihedral angles between chromite and sulfide melt fall near or below the critical value of 60°, regardless of the identity or quantity of non-ferrous metal within the sulfide melt. Experiments performed at a f(O2) of 10−9.5 yielded uniformly higher dihedral angles compared with experiments performed at higher f(O2) with comparable metal contents. Dihedral angles between chromite and sulfide melt increase with increasing non-ferrous metal content, and decrease with the mole fraction of iron and oxygen in the sulfide melt. In this context, we interpret the variation in dihedral angles with melt composition as a consequence of the availability of surface-active iron oxide species. Comparison of previously determined dihedral angles between olivine and sulfide melt with values for chromite reported in this study reveals uniformly lower values of θ for chromite at similar f(O2), f(S2) and melt composition. In some experiments, we have also observed macroscopically “dry” olivine–chromite triple junctions, suggesting that the olivine–chromite interface can represent a lower-energy configuration compared to olivine or chromite in contact with sulfide melt. Such results suggest that chromite-rich rocks may be highly permeable in the presence of sulfide liquid at the f(O2)–f(S2) conditions relevant to terrestrial mafic magmas, although interstitial silicates may serve to reduce melt connectivity. Given the overall wettability of chromite by molten sulfide, chromitites in stratiform intrusions or ophiolites will be susceptible to infiltration metasomatism by sulfide liquid, thus serving to enhance their tenor. Infiltration of late-stage, PGE-undersaturated sulfide liquid could also explain the absence of interstitial Ru–Os–Ir-bearing platinum-group minerals in chromitites that contain them as intracrystalline inclusions.

Abstract

Nous avons déterminé l’abilité que possède un bain fondu sulfuré Fe–(±Ni,Cu,Co)–S–O de mouiller la chromite dans des expériences à 1300°C utilisant un mélange de gaz C–O–S afin de fixer les fugacités d’oxygène et de soufre, [f(O2) et f(S2), respectivement]. Les produits de ces expériences à f(O2) = 10−8.1 et 10−8.8 montrent des textures de “mouillage”, c’est-à-dire que les angles diédriques entre la chromite et le liquide sulfuré se rapprochent (ou sont inférieurs à) la valeur critique de 60°, quelle que soit l’identité ou la quantité de métal non-ferreux dans le liquide sulfuré. Des expériences à une f(O2) de 10−9.5 ont produit des angles diédriques plus élevés par rapport aux expériences à plus fortes valeurs de f(O2) pour des teneurs comparables en métaux. Les angles diédriques entre chromite et liquide sulfuré augmentent avec une augmentation en teneur en métal autre que le fer, et diminuent avec la proportion de fer et d’oxygène dans le liquide sulfuré. Nous voyons la variation dans les angles diédriques avec la composition du liquide comme conséquence de la disponibilité d’une espèce dissoute contenant fer et oxygène et affectant les propriétés de la surface. Une comparaison des résultats obtenus sur les angles diédriques entre olivine et bain fondu sulfuré avec les valeurs sur la chromite révèle des valeurs uniformément plus faibles de θ pour la chromite à des valeurs semblables de f(O2), f(S2) et composition du liquide. Dans certaines expériences, nous avons aussi observé des points triples olivine–chromite macroscopiquement “secs”, ce qui laisse supposer que l’interface olivine–chromite peut représenter un agencement à faible énergie de surface comparé à la situation avec l’olivine ou la chromite en contact avec le liquide sulfuré. De tels résultats montrent que les roches riches en chromite pourraient s’avérer très perméables en présence d’un liquide sulfuré aux conditions f(O2)–f(S2) appropriées pour les magmas mafiques terrestres, quoique les silicates interstitiels pourraient réduire la continuité des domaines de liquide. Compte tenu de l’abilité que possède un liquide sulfuré de mouiller la chromite, les chromitites des massifs stratiformes ou des ophiolites seraient susceptibles d’une métasomatose par infiltration d’un liquide sulfuré, augmentant ainsi leur intérêt économique. L’infiltration tardive d’un liquide sulfuré sous-saturé en éléments du groupe du platine pourrait expliquer l’absence de minéraux interstitiels contenant Ru, Os et Ir dans les chromitites qui les contiennent en inclusions intracristallines.

(Traduit par la Rédaction)

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