Abstract

Arsenopyrite is present as a minor phase in many different types of ore deposits. Here we investigate a number of ore deposits metamorphosed to mid-amphibolite facies and above to show that in some environments, arsenopyrite is likely to melt during metamorphism, but in others it will persist until it is converted to löllingite + pyrrhotite. The fate of arsenopyrite is governed by the sulfur fugacity imposed by the surrounding mineralogy during metamorphism. At the Hemlo gold deposit, Canada, which contains a range of disseminated sulfides, the breakdown of barite promoted conditions of high f(S2) and melting of arsenopyrite during prograde metamorphism. On the other hand, at several massive sulfide deposits including Osborne Lake, Montauban and Geco in Canada, high f(S2) conditions were instead generated through pyrite breakdown on the pyrite–pyrrhotite buffer, also causing arsenopyrite to melt in favorable parts of the deposits. In contrast, metamorphic processes that inhibit high f(S2) through consumption of sulfur promote the solid-state conversion of arsenopyrite to löllingite and pyrrhotite rather than melting. In most mineral deposits, the strongest influence on sulfur fugacity is the pyrite-to-pyrrhotite reaction, which buffers f(S2) to increasingly elevated values as temperature increases. Once pyrite is consumed, however, f(S2) no longer is maintained at elevated values. If rocks hosting arsenopyrite are able to conserve pyrite to middle-amphibolite-facies conditions (beyond 491°C at 1 bar, or ~560°C at 5 kbar), arsenopyrite melting will occur. If not, arsenopyrite melting is unlikely, though still possible. Of the mechanisms that promote pyrite decomposition at metamorphic conditions below arsenopyrite melting, sequestration of sulfur by iron silicates or oxides (or both) to form pyrrhotite may be the most effective in many types of deposit. At the Calumet deposit and in some parts of the Geco deposit, this process was found to be effective in converting pyrite to pyrrhotite in magnetite-rich rocks. Pyrite consumption and low-f(S2) conditions are also promoted to a small extent by incorporation of sulfur in hydrothermal fluids, such as an introduced fluid or those generated by dehydration reactions, this effect becoming more significant as temperature rises. Deposits where arsenopyrite is likely to melt during metamorphism include pyrite-rich massive sulfide deposits as well as disseminated deposits lacking abundant iron silicates and oxides. The As-rich melts that result are highly effective in incorporating and mobilizing other metals, particularly gold and silver, as demonstrated at the Challenger deposit (Australia) and at Hemlo, Ontario.

Abstract

L’arsénopyrite est présente en quantités mineures dans plusieurs sortes de gîtes minéraux. Nous examinons ici quelques gisements ayant subi un degré de métamorphisme au faciès amphibolite moyen ou à un faciès plus élevé, afin de montrer que dans certains milieux, l’arsénopyrite est apte à fondre au cours du métamorphisme, quoique dans d’autres, elle peut persister jusqu’au point où elle se déstabilise pour former löllingite + pyrrhotite. Son sort dépend de la fugacité du soufre imposée par l’assemblage de minéraux dans le milieu pendant le métamorphisme. Dans le gisement d’or de Hemlo, en Ontario, dans lequel on trouve une variété de sulfures disséminés, la déstabilisation de la barite provoque une fugacité élevée du soufre, et la fusion de l’arsénopyrite lors du métamorphisme prograde. Par ailleurs, à plusieurs autres gisements de sulfures massifs, par exemple ceux de Osborne Lake, Montauban et Geco au Canada, les conditions de f(S2) élevée sont apparues à cause de la déstabilisation de la pyrite en traversant le tampon pyrite–pyrrhotite, et ont aussi mené à la fusion de l’arsénopyrite dans les parties favorables de ces gisements. En revanche, les processus métamorphiques qui empêchent la hausse de la fugacité de soufre causeront la perte de soufre pour promouvoir la conversion à l’état solide de l’arsénopyrite en löllingite et pyrrhotite plutôt que la fusion. Dans la plupart des gîtes minéraux, l’influence la plus forte sur la fugacité du soufre est la réaction de pyrite à pyrrhotite, qui tamponne la valeur de f(S2) à des niveaux toujours plus élevés à mesure qu’augmente la température. Une fois la pyrite éliminée, toutefois, la valeur de f(S2) n’est plus maintenue à un niveau élevé. Si les roches contenant l’arsénopyrite peuvent conserver la pyrite jusqu’aux conditions du faciès amphibolite moyen (au delà de 491°C à 1 bar, ou ~560°C à 5 kbar), on peut s’attendre à voir fondre l’arsénopyrite. Sinon, il est peu probable que l’arsénopyrite puisse fondre, quoique la possibilité existe toujours. Parmi les mécanismes qui promeuvent la déstabilisation de la pyrite à des conditions métamorphiques en dessous des conditions de fusion de l’arsénopyrite, l’incorporation du soufre par des silicates ou des oxydes de fer (ou les deux) pour former la pyrrhotite pourrait bien être le moyen le plus efficace dans plusieurs types de gisement. Dans le cas du gisement de Calumet et dans certaines parties du gisement de Geco (les deux au Canada), ce processus s’avère efficace dans la conversion de pyrite en pyrrhotite dans les roches riches en magnétite. L’élimination de la pyrite et l’établissement des conditions de faible f(S2) seraient aussi favorisés à un degré moindre par la répartition du soufre dans un fluide hydrothermal, par exemple une phase fluide introduite ou bien générée par une réaction de déshydratation, cet effet revêtant une importance plus grande à mesure qu’augmente la température. Parmi les gisements dans lesquels l’arsénopyrite est disposée à fondre au cours du métamorphisme, notons les gisements de sulfures massifs riches en pyrite et les gisements disséminés dépourvus de silicates et d’oxydes de fer répandus. Les liquides riches en arsenic qui peuvent apparaître seront très efficaces pour incorporer et mobiliser certains autres métaux, en particulier l’or et l’argent, comme le démontrent le gisement de Challenger en Australie, et celui de Hemlo, en Ontario.

(Traduit par la Rédaction)

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