Abstract

Sulfide minerals in the Otago and Alpine schists, New Zealand, a metasedimentary belt exposed from unmetamorphosed greywackes up to amphibolite facies, underwent systematic changes in abundance, composition and texture during prograde metamorphism. In unmetamorphosed rocks, the most common sulfide mineral is framboidal pyrite, which contains abundant As (up to 14000 ppm), Co (up to 4000 ppm), Cu (up to 14000 ppm), Ni (up to 1100 ppm) and, locally, Ag (up to 270 ppm), Au (up to 90 ppm), and Sb (up to 240 ppm). Chalcopyrite, sphalerite, and galena also occur as isolated grains. Chalcopyrite and sphalerite contain few trace elements, whereas galena contains significant Se (up to 1600 ppm) and locally abundant Hg (up to 600 ppm). The distribution of these trace and minor elements is extremely heterogeneous. In subgreenschist-facies rocks, pyrrhotite replaces pyrite, and there is a clear textural change from framboidal pyrite to composite grains of pyrrhotite, sphalerite, chalcopyrite, galena and cobaltite. Pyrrhotite contains Co (average values 1100 ± 490 ppm), Cu (up to 17000 ppm), and Ni (up to 11000 ppm). Antimony and Hg are above detection in rare individual grains, but none of the other trace and minor elements sought are detectable. Sphalerite, galena and cobaltite increase in proportion in subgreenschist-facies rocks, and also contain higher concentrations of Ag (up to 1480 ppm in galena), Au (up to 230 ppm in galena and 110 ppm in cobaltite), As (38 ± 6 wt. % in cobaltite), Co (26 ± 4 wt. % in cobaltite), Hg (up to 4500 ppm in galena and 1100 ppm in sphalerite), and Sb (up to 1280 ppm in cobaltite and 770 ppm in galena). Pyrite, sphalerite, galena, and cobaltite become less abundant from subgreenschist- to amphibolite-facies rocks. In amphibolite-facies rocks, only pyrrhotite, chalcopyrite and trace amounts of galena and molybdenite occur, and none of these minerals contain detectable levels of Ag, Au, As, or Hg. Mass-balance calculations between sulfide minerals and whole rocks show that sulfides are important host minerals for S, Cu, and As, but host a minor proportion of Fe, Zn, and Pb. As pyrite, sphalerite, galena, and cobaltite become less abundant at higher metamorphic grade, Pb, Zn and Co are retained in the rock incorporated in other minerals, whereas As, Sb, Hg, Au, and Ag are removed from the rock, most likely by metamorphic devolatilization.

Abstract

Les minéraux sulfurés des schistes des séries Otago et Alpine, en Nouvelle-Zélande, roches appartenant à une ceinture métasédimentaire contenant des grauwakes non métamorphisés jusqu’au équivalents au faciès amphibolite, ont subi des changements systématiques en abondance, composition et texture au cours du métamorphisme prograde. Dans les roches non métamorphisées, le sulfure le plus répandu est la pyrite framboïdale, qui contient beaucoup d’As (jusqu’à 14000 ppm), Co (jusqu’à 4000 ppm), Cu (jusqu’à 14000 ppm), Ni (jusqu’à 1100 ppm) et, localement, Ag (jusqu’à 270 ppm), Au (jusqu’à 90 ppm), et Sb (jusqu’à 240 ppm). Chalcopyrite, sphalérite, et galène sont aussi présentes en grains isolés. La chalcopyrite et la sphalérite ne contiennent que quelques éléments en traces, tandis que la galène peut contenir des quantités importantes de Se (jusqu’à 1600 ppm) et, locament, de Hg (jusqu’à 600 ppm). La distribution de ces éléments traces et mineurs s’avère extrêmement hétérogène. Déjà dans les roches de grade inférieur au faciès schistes verts, la pyrrhotite remplace la pyrite, et il y a un changement textural marqué de la pyrite framboïdale aux grains composites de pyrrhotite, sphalérite, chalcopyrite, galène et cobaltite. La pyrrhotite contient Co (valeurs moyennes 1100 ± 490 ppm), Cu (jusqu’à 17000 ppm) et Ni (jusqu’à 11000 ppm). L’antimoine et le mercure dépassent le seuil de la détection dans certains cas individuels, mais aucun des autres éléments ciblés ne semble présent. Sphalérite, galène et cobaltite augmentent en proportion dans les roches légèrement métamorphisées, et ces minéraux contiennent aussi des teneurs plus élevées en Ag (jusqu’à 1480 ppm dans la galène), Au (jusqu’à 230 ppm dans la galène et 110 ppm dans la cobaltite), As (38 ± 6% dans la cobaltite), Co (26 ± 4% dans la cobaltite), Hg (jusqu’à 4500 ppm dans la galène et 1100 ppm dans la sphalérite), et Sb (jusqu’à 1280 ppm dans la cobaltite et 770 ppm dans la galène). Pyrite, sphalérite, galène, et cobaltite deviennent moins abondants avec augmentation du degré de métamorphisme. Dans les roches ayant atteint le faciès amphibolite, seuls pyrrhotite, chalcopyrite et des traces de galène et de molybdénite sont présentes, mais aucun de ces minéraux ne contient des quantités détectables de Ag, Au, As, ou Hg. Des calculs du bilan des masses entre minéraux sulfurés et roches globales montrent que les sulfures sont des hôtes importants de S, Cu, et As, et accommodent une proportion mineure de Fe, Zn, et Pb. A mesure que pyrite, sphalérite, galène et cobaltite deviennent moins abondants aux grades métamorphiques plus élevés, Pb, Zn et Co sont retenus dans la roche, incorporés dans d’autres minéraux, tandis que As, Sb, Hg, Au, et Ag sont éliminés des roches, tout probablement par dévolatilisation métamorphique.

(Traduit par la Rédaction)

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