Abstract

The distribution of gold and other trace elements in the ore-stage pyrite from the high-sulfidation Au–Ag–Cu Pascua deposit in the El Indio belt in north-central Chile was studied using electron-microprobe and secondary-ion mass spectrometry (SIMS) imaging and analysis. The images show that concentrations of Au and Cu are concentrically zoned, and those of Ag, As, Se and Te are zoned both concentrically and sectorally. The principal trace-element associations are As–Ag, Au–Cu and Se–Te. We propose that the first two associations, As–Ag and Au–Cu, reflect coupled substitutions for Fe, whereas Te and Se replace S by direct-ion exchange. The near-identical patterns of sector zoning of Ag and As suggest that silver enters the structure of pyrite via a coupled substitution with As, in which one atom of Ag and one of As substitute for two Fe atoms, yielding (Ag+ 0.5As3+ 0.5)S2. Gold and copper were excluded during an interval in which growth conditions promoted the development of | hk0 | sectors at the expense of | 111 | sectors; their enrichment patterns show only slight evidence of sectoral preferences. With the analytical methods employed, we could not distinguish unequivocally between incorporation of gold as minute inclusions of the native metal or a coupled substitution of gold as an Au3+ ion and copper as a Cu+ ion for two Fe2+ ions, yielding (Au3+ 0.5Cu+ 0.5)S2. However, we favor the latter interpretation. Incorporation of gold as Au3+ is also consistent with evidence of unusually oxidizing conditions during the formation of the Pascua deposit. The zonation of invisible gold and associated trace elements in the ore-stage pyrite at Pascua is the first documented example of crystallographic structural control of the surface on the incorporation of multiple trace elements in pyrite. Moreover, the nature of this zonation provides clear evidence that incorporation of gold in pyrite does not necessarily involve coupled substitution with arsenic, as proposed for many other deposits. Not only can arsenic behave as a metal in the structure of pyrite, but its sectoral pattern of incorporation is a potentially sensitive indicator of redox conditions during mineralization.

Abstract

La distribution de l’or et autres éléments traces dans la pyrite de la minéralisation principale du gisement épithermal à Au–Ag–Cu de Pascua, dans la ceinture de El Indio au centre-nord du Chili, a été étudiée par microsonde électronique et par spectrométrie de masse des ions secondaires. Les concentrations de Au et de Cu sont zonées concentriquement, alors que celles de Ag, As, Se et Te sont zonées concentriquement mais aussi en secteurs. Les associations principales des éléments-traces sont As–Ag, Au–Cu et Se–Te. Nous croyons que les deux premières, As–Ag et Au–Cu, sont le produit de substitutions couplées au site Fe, tandis que le Te et Se remplacent le S par échange direct d’anions. La zonation en secteurs presqu’ identique de l’argent et de l’arsenic fait penser que l’argent est entré dans la structure de la pyrite via une substitution couplée avec l’arsenic, selon laquelle Ag et As remplacent deux atomes de Fe, donnant (Ag+ 0.5As3+ 0.5)S2. L’or et le cuivre ont été exclus durant un intervalle correspondant à des conditions de croissances favorisant le développement des secteurs | hk0 | aux dépens des secteurs | 111 |. Ces deux éléments ne montrent qu’une très faible préférence pour certains secteurs. La méthode d’analyse utilisée ne nous permet pas de distinguer de façon non équivoque entre une incorporation de l’or sous forme de minuscules inclusions du métal ou celle de substitution couplée de l’or sous forme de Au3+ et du cuivre sous forme de Cu+ pour deux ions de Fe2+, donnant (Au3+ 0.5Cu+ 0.5)S2. Cependant, nous préférons cette dernière interprétation. L’interprétation que l’or est présent sous sa forme Au3+ plutôt que Au+ concorde avec les indices de conditions très oxydantes durant la formation du gisement de Pascua. La zonation des éléments traces dans la pyrite de Pascua est le premier exemple documenté de contrôle crystallographique structural de la surface cristalline sur l’incorporation de multiples éléments traces dans la pyrite aurifère. De plus, la nature de la zonation met en évidence le fait que l’or n’est pas nécessairement couplé avec l’arsenic, tel que plusieurs ont proposé à d’autres gisements de pyrite aurifère. Non seulement l’arsenic peut-il se comporter comme un métal dans la structure de la pyrite, mais sa zonation en secteurs pourrait potentiellement servir d’indicateur de conditions d’oxydo-réduction durant la minéralisation.

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