Abstract

Application of an X-ray fluorescence (XRF) microprobe for the analysis of single grains (80 to 1,000 μm in diameter) of Cl-rich minerals for Br has been evaluated for fluorapatite, chlorapatite, scapolite-group minerals (marialite and meonite) and sodalite. A calibration curve based on the Br contents in four international reference materials has been confirmed by measurements on Br-bearing standard solutions and by agreement with the results of Cl-rich minerals from instrumental neutron-activation analyses. Absolute errors associated with individual XRF microprobe analyses (i.e., counting statistics alone) are less than 5%, and the calculated limit of detection in the analysis of single mineral grains is ~1 ppm Br. Matrix and grain-size effects are shown to be negligible. Experiments at 1 atmosphere and 800 to 1000°C yield the following distribution coefficients for Br–Cl exchanges between marialite or sodalite and hydrous NaCl–NaBr melts: KDmarialite–melt = 0.97 ± 0.08 and KDsodalite–melt = 0.9 ± 0.1. Therefore, the Cl/Br values in marialite and sodalite closely reflect the halogen proportions of their coexisting melts or fluids. The diffusivity of Br in sodalite follows an Arrhenius relation: DBr = 6.5 × 10−7 exp(−270 ± 10kJ/mol/RT) m2/s, over the temperature range from 800 to 1000°C. DBr in marialite is 1.7 ± 0.3 × 10−19 m2/s at 800°C. The Cl/Br weight ratios of marialite in the Tieshan Fe skarn deposit, China, cluster around 650 ± 40, supporting an origin involving hydrothermal brines from associated evaporites. Scapolite-group minerals in the exoskarns of the Nickel Plate Au skarn deposit, British Columbia, have Cl/Br from 560 to 570, higher than those (130 to 180) of their counterparts in the endoskarns and vuggy cavities. This variation is attributable to an increased involvement of magmatic water from distal to proximal zones. Similarly, scapolite-group minerals in the Grenville U–Th–MoREE pegmatite–skarn–vein deposits vary widely in Cl/Br, from 80 to 380, indicative of mixed sources of hydrothermal fluids. This study shows the potential of Br analysis of Cl-rich silicate minerals for constraining the sources and evolution of hydrothermal fluids.

Abstract

Nous évaluons l’application d’une microsonde à fluorescence X pour l’analyse de grains isolés (de 80 à 1,000 μm de diamètre) pour le Br dans les minéraux porteurs de Cl comme la fluorapatite, la chlorapatite, les minéraux du groupe de la scapolite tels marialite et méionite, et sodalite. Le calibrage a été fait au moyen des teneurs en brome de quatre étalons internationaux, et a été confirmé avec des résultats obtenus pour des solutions standards contenant du Br et des minéraux riches en Cl analysés par activation neutronique instrumentale. Les erreurs absolues associées à une seule analyse par microsonde à fluorescence X, dues aux seules erreurs de comptage, sont inférieures à 5%, et le seuil de détection calculé est d’environ ~1 ppm Br. Les effets de matrice et dus à la taille des grains sont négligeables. Des expériences à 1 atmosphère et entre 800 et 1000°C ont donné les coefficients de distribution suivants pour l’échange Br–Cl entre marialite ou sodalite et un bain fondu hydraté NaCl–NaBr: KDmarialite–bain fondu = 0.97 ± 0.08 et KDsodalite–bain fondu = 0.9 ± 0.1. C’est donc dire que le rapport Cl/Br dans la marialite et la sodalite s’approchent étroitement des proportions de ces halogènes dans les bains fondus (ou fluides) coexistants. La diffusivité du Br dans la sodalite répond à une relation de type Arrhenius: DBr = 6.5 × 10−7 exp(−270 ± 10 kJ/mol/RT) m2/s, sur un intervalle de température entre 800 et 1000°C. DBr pour la marialite est 1.7 ± 0.3 × 10−19 m2/s à 800°C. Les valeurs du rapport pondéral Cl/Br de la marialite provenant du gisement de fer de type skarn à Tieshan, en Chine, se regroupent autour de 650 ± 40, et étayent l’hypothèse d’une origine impliquant des saumures issues d’une séquence d’évaporites associée. Les minéraux du groupe de la scapolite des exoskarns du gisement aurifère de Nickel Plate, en Colombie-Britannique, possèdent des valeurs de Cl/Br entre 560 et 570, plus élevées que celles de l’endoskarn et des cavités (entre 130 et 180). Cette variation laisse entrevoir une implication accrue d’une phase fluide orthomagmatique à mesure que l’on s’approche du gisement. De même, dans les minéraux du groupe de la scapolite des pegmatites, skarns et veines à U–Th–Mo–REE de la Province du Grenville, le rapport Cl/Br varie beaucoup, de 80 à 380, indication de sources mixtes des fluides hydrothermaux. Les analyses pour le Br des silicates porteurs de Cl ont le potentiel de cerner la source des fluides hydrothermaux et d’en définir l’évolution.

(Traduit par la Rédaction)

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