Abstract

We have investigated the partitioning of F, Cl, Br, and I between coexisting silicate and sulfide liquids at 0.9 to 1.8 GPa pressure and temperatures between 1150° and 1450°C, and the partitioning of Cl between Cu- and Ni-rich sulfide liquid and monosulfide solid-solution (mss) at atmospheric pressure and temperatures of 1000° and 1100°C. We have calculated Nernst partition coefficients, expressed as wt.% halogen in sulfide divided by wt.% halogen in silicate. F remains undetectable in quenched sulfide liquid under all conditions investigated. There is no discernable change in DClsul/sil, DBrsul/sil and DIsul/sil with temperature. Values of DClsul/sil, DBrsul/sil and DIsul/sil are scattered around means of 0.038, 0.026, and 0.15, respectively. The increase of pressure from 0.9 GPa to 1.8 GPa causes increases in each of DClsul/sil, DBrsul/sil and DIsul/sil by about a factor of 2. Chlorine is moderately incompatible with mss; DClmss/liq varies from 0.09 at 1000°C to 0.19 at 1100°C, indicating that crystallization of mss from sulfide liquid will lead to progressive enrichment of Cl in the residual melt. The melting point of mss in the system Fe–Cu–Ni–S is lowered by the presence of Cl. Our results indicate that the common association of halide minerals with massive sulfide ores, including the deliquescent phase lawrencite, is fully consistent with a purely magmatic origin for the ores. The halogens can be dissolved in sulfide melts, and expelled during final crystallization of the sulfide liquids to form halide minerals within the massive sulfide bodies, or hypersaline fluids when mixed with aqueous fluids in the country rocks. A hallmark of the orthomagmatic fluid derived from a sulfide magma will be extremely high values of Cl/F and Cl/Br due to the preference of Cl for sulfide relative to these other halogens. Recognition of hypersaline fluids with anomalously high Cl/Br might serve as a powerful prospecting tool in the search for Cu- and PGE-rich fractionated sulfide bodies.

Abstract

Nous avons étudié la répartition de F, Cl, Br, et I entre liquides silicaté et sulfuré coexistants à une pression allant de 0.9 à 1.8 GPa et à une température entre 1150° et 1450°C, et la répartition du Cl entre liquide sulfuré riche en Cu et en Ni d’une part, et solution solide monosulfurée (mss) à pression atmosphérique et une température de 1000° et 1100°C. Nous avons calculé les coefficients de partage de Nernst, exprimés en termes de la proportion pondérale d’halogène dans le sulfure divisé par la proportion dans le silicate. Nous n’avons pas détecté de fluor dans le liquide sulfuré, quelles que soient les conditions expérimentales. Il n’y a pas de changement discernable dans les coefficients DClsul/sil, DBrsul/sil et DIsul/sil avec la température. Les valeurs de DClsul/sil, DBrsul/sil et DIsul/sil sont dispersées de part et d’autre de 0.038, 0.026, et 0.15, respectivement. Une augmentation de la pression de 0.9 à 1.8 GPa mène à une augmentation des coefficients DClsul/sil, DBrsul/sil et DIsul/sil selon un facteur de 2, environ. Le chlor est modérément incompatible avec la phase mss; DClmss/liq varie de 0.09 à 1000°C à 0.19 à 1100°C, indication que la cristallisation de cette phase solide à partir d’un liquide sulfuré entrainera un enrichissement progressif du Cl dans le liquide résiduel. Le point de fusion de mss dans le système Fe–Cu–Ni–S est abaissé par la présence du Cl. Nos résultats montrent que l’association commune des halogénures dans les minerais de sulfures massifs, y inclus la lawrencite, minéral déliquescent, concorde parfaitement avec l’hypothèse d’une origine purement magmatique du minerai. Les halogènes pourraient bien avoir été dissous dans le liquide sulfuré, pour ensuite être rejeté pendant sa cristallisation finale, pour former des halogénures comme minéraux accessoires dans les amas de sulfures massifs, ou bien des fluides hypersalins qui pourront se mélanger avec les fluides aqueux dans les roches encaissantes. Comme signe révélateur d’une phase fluide orthomagmatique dérivée d’un magma sulfuré, on s’attend à voir des valeurs extrêmement élevées des rapports Cl/F et Cl/Br, traduisant l’affinité préférentielle du Cl pour les sulfures en comparaison des autres halogènes. Des signes de la présence d’une telle phase fluide hypersaline ayant un rapport Cl/ Br anormalement élevé pourrait fournir un outil précieux dans la prospection pour les amas sulfurés enrichis par fractionnement en Cu et en éléments du groupe du platine.

(Traduit par la Rédaction)

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