Abstract

The Mesoproterozoic (ca. 1140–1120 Ma) ferrocarbonatite dykes of Swartbooisdrif, northwestern Namibia, transect the anorthositic rocks of the Kunene Intrusive Complex. The ferrocarbonatite is mainly composed of ankerite and magnetite, and is highly contaminated by fragmented and fenitized wallrock anorthosite (albite, biotite and sodalite), with Fe–Cu–Ni sulfides (assemblage: pyrite, chalcopyrite, millerite, polydymite, fletcherite) being widespread minor components. In order to constrain the compositional evolution and to reconstruct the T–f(O2) conditions during progressive crystallization and subsolidus re-equilibration of the ferrocarbonatites, a detailed study of the mineral chemistry and sulfur isotope signatures of the sulfide mineralization has been carried out. Owing to the finely intergrown nature of the sulfide assemblages, sulfur isotope analysis has been performed using an in situ laser-microprobe technique. The δ34S values of early carbonatite-hosted pyrite range from 3.8 to 5.1‰. Similar δ34S values were obtained for metasomatically formed pyrite from the fenitized anorthosites (+3.3 to +3.4‰). Distinctly lower, negative δ34S values have been determined for pyrite (−2.4 to −2.1‰) and chalcopyrite (−3.3 to 0.0‰) in late sulfide–oxide veins, with the lowest values obtained for sulfides from samples that contain additional secondary barite. This overall isotopic trend is interpreted in terms of changing proportions of oxidized and reduced sulfur species in the carbonatite-derived fluids, and is supported by calculations of phase equilibria in the system Cu–Fe–S–O–H and modeling of isotopic mass-balance. During the early stage of mineralization, the oxygen fugacity was presumably low, with reduced sulfur species (H2S, HS) dominant in the fluids, promoting the precipitation of pyrite and the metasomatic formation of nearly pure, SO4-free sodalite. A subsequent increase in f(O2) led to a systematic increase in the ∑SO4/∑H2S ratio of the fluid. This resulted in a depletion of 34S in the residual reduced sulfur, which is manifested by the negative δ34S values of the late sulfide mineralization.

Abstract

Les filons de ferrocarbonatite d’âge mésoprotérozoïque (ca. 1140–1120 Ma) de Swartbooisdrif, dans le secteur nord-ouest de la Namibie, recoupe les roches anorthositiques du complexe intrusif de Kunene. La ferrocarbonatite contient surtout ankérite et magnétite, et se trouve fortement contaminée par l’anorthosite fragmentée et fénitisée à albite, biotite et sodalite, contenant des sulfures de Fe–Cu–Ni (assemblage: pyrite, chalcopyrite, millerite, polydymite, fletcherite) comme composants mineurs répandus. Afin de documenter l’évolution des compositions et de reconstruire les conditions T–f(O2) au cours de la cristallisation et du ré-équilibrage subsolidus de la ferrocarbonatite, nous avons entrepris une étude détaillée de la composition isotopique du soufre des minéraux sulfurés. A cause de leur granulométrie fine, nous nous sommes servis d’une technique in situ avec une microsonde laser. Les valeurs de δ34S de la pyrite précoce dans la ferrocarbonatite varient de 3.8 à 5.1‰. Des valeurs semblables de δ34S (de +3.3 à +3.4‰) sont typiques de la pyrite métasomatique de l’anorthosite fénitisée. Par contre, des valeurs sensiblement plus faibles et même négatives de δ34S caractérisent la pyrite (de −2.4 à −2.1‰) et la chalcopyrite (de −3.3 à 0.0‰) des veines tardives à sulfures–oxydes, les valeurs les plus faibles étant observées dans les roches contenant la barite secondaire. Cette évolution isotopique globale serait due aux proportions changeantes des espèces oxydées et réduites de soufre dans les fluides issus de la ferrocarbonatite, hypothèse étayée par des calculs des équilibres de phases dans le système Cu–Fe–S–O–H et un modèle du bilan des masses isotopiques. Au cours du premier stade de minéralisation, la fugacité de l’oxygène aurait été faible, avec une prédominance des espèces réduites de soufre (H2S, HS) dans la phase fluide, ce qui a promu la précipitation de la pyrite et la formation de sodalite métasomatique presque pure, dépourvue de SO4. Par la suite, une augmentation de la fugacité de l’oxygène a mené à une augmentation systématique du rapport ∑SO4/∑H2S dans la phase fluide. Cette augmentation a causé une réduction de 34S dans la fraction résiduelle du soufre réduit, comme en témoignent les valeurs négatives de δ34S dans la minéralisation sulfurée tardive.

(Traduit par la Rédaction)

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