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Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

The distribution of platinum-group elements and other chalcophile elements among sulfide minerals from the Ovoid ore body of the Voisey’s Bay Ni-Cu sulfide deposit, Canada

Salim Amaral Luiz Felipe. (2017). The distribution of platinum-group elements and other chalcophile elements among sulfide minerals from the Ovoid ore body of the Voisey’s Bay Ni-Cu sulfide deposit, Canada. Mémoire de maîtrise, Université du Québec à Chicoutimi.

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Résumé

The Voisey’s Bay Ni-sulfide deposit is the 6th largest magmatic Ni-sulfide camp in the world. The intrusion hosting the mineralization was emplaced in the suture zone between the Archean Nain and Paleoproterozoic Churchill province in Labrador, Canada at 1.3 Ga. This study documents the host minerals of chalcophile and platinum-group elements (PGE) in the massive sulfide of the Ovoid ore body. The aims of the project were: a) to examine the behavior of the elements during crystallization and slow cooling of a sulfide liquid. Voisey’s Bay was emplaced at a greater depth than most deposits and is coarser grained, thus exsolution may have occurred to a greater extent than in other deposits; b) to add to the data base on chalcophile and platinum-group element contents of base-metal sulfides (BMS) from magmatic sulfide deposits in order to use these as an exploration tool. Twenty-one samples of different mineralization styles were selected from the Ovoid ore body covering the range in mineralogy and textures (disseminated sulfide, breccia sulfide, matrix sulfide and massive sulfides). Two different mineral assemblages present in massive sulfides; one consists of dominantly pyrrhotite, troilite and pentlandite with minor magnetite, chalcopyrite, galena and sphalerite. The other assemblage consists of cubanite, magnetite with minor chalcopyrite, pyrrhotite, pentlandite and galena. Both assemblages contain sobolevskite (PdBi), nickeline (NiAs) and altaite (PbTe). In addition the the cubanite rich ore also contains froodite (PdBi2), electrum (Ag,Au), hessite (Ag2Te) and native Bi. Recalculated to 100 % sulfides, the Ovoid ore body is depleted in PGE and richer in elements such as Bi, Pb, Cd, Te and Zn than most Ni-Cu-PGE sulfide deposits. The whole rock geochemistry indicates that breccia, matrix and Fe-rich assemblages have similar geochemical signatures, and their compositions are distinct from the Cu-rich assemblage. Iron-rich, breccia and matrix assemblages are richer in Re, Rh Os, Ir and Ru. The Cu-rich assemblage is enriched in Ag, As, Bi, Cd, Pb, Pd, Sb, Te, and Zn. The disseminated assemblage is the richest in almost all metals. The mass balance calculation shows that pyrrhotite and pentlandite host >70 % of the Ir, Rh and Re. Pentlandite also hosts significant amount of Ni, Co and >20 % of the Pd. Systematic differences in Pd concentrations are observed in textural distinct pentlandite varieties. Most Pd in the pentlandite is hosted in the coarse-granular pentlandite. Cubanite and ± chalcopyrite host significant amounts of Ag, Zn, Sn and Cd; however, they are depleted in PGE, Sb, As and Au. Sphalerite exsolutions host the remainder of the Zn, and a small amount of Cd. Galena hosts most of the Pb. Gold, Pd, Bi, Te, Pb, As and Ag also exsolve as electrum, platinum-group minerals (PGM), precious-metal minerals (PMM), arsenides, tellurides and native bismuth minerals. Crystal fractionation modelling of sulfides shows that the Fe-rich ore represents a monosulfide solid-solution (MSS) cumulate that started to crystallize together with magnetite at ~1050 °C. Based on plot of Cu versus Pd, the Cu-rich ore cannot represent the fractionated liquid as it does not contain sufficient Pd. Based on the Cu vs Pd plot, the Cu-rich ore could be the cumulate of the intermediate solid-solution (ISS). However plots of Cu vs Bi and Te vs Bi show that the ore is too rich in these elements for it to represent an ISS cumulate from the same liquid that formed the MSS cumulate. A second liquid or some other process is required to form the Cu-rich ore. The MSS exsolved to pyrrhotite, pentlandite and minor chalcopyrite, and ISS exsolved to cubanite, minor chalcopyrite, pentlandite and pyrrhotite at < 650 °C. When the temperature fell below 145 °C troilite exsolved from the pyrrhotite, and in the final stages, skeletal star shaped sphalerite, electrum and native bismuth laths exsolved. Petrology and geochemical data show that the sulfide liquid that formed the Ovoid ore body has undergone extensive fractionation, and cooled slowly forming coarse-grained minerals and exsolutions. However the mass balance calculations indicate that the BMS host similar amounts of PGE to other deposits thus exsolution processes do not appear to have sequestered more PGE in exsolutions than at other deposits. This work contributes to a new tool for the exploration of PGE-dominated deposits and Ni-Cu sulfide deposits, with a binary diagram (Rh vs Pd (in pentlandite)) by adding to an existing data base the values from the Voisey’s Bay deposit. Based on Rh and Pd compositions in pentlandite, this diagram is able to distinguish between PGE-dominated and Ni-Cu sulfide deposits. Voisey’s Bay is located within the Ni-Cu sulfide deposits field.

Les gisements de sulfure de Ni de Voisey’s Bay représentent le 6ième camp de sulfure de Ni magmatique le plus important au monde. L’intrusion qui contient la minéralisation a été mise en place dans une zone de suture entre la province archéenne du Nain et la province paléoprotérozoique du Churchill, au Labrador, Canada, à 1.3 Ga. Cette étude documente l’hôte des éléments chalcophiles et des éléments du groupe du platine (EGP) dans les sulfures massifs de l’Ovoid. Les objectifs de ce projet sont: a) d’ajouter à la base de données sur les contenus en éléments chalcophiles et EGP des sulfures de métaux communs (SMC) des gisements de sulfure magmatique afin de pouvoir les utiliser comme outils d’exploration; b) d’examiner le comportement des éléments pendant la cristallisation et le refroidissement lent d’un liquide sulfuré. Voisey’s Bay a été mis en place à une profondeur plus important que la plupart des autres gisements et les grains de sulfures sont plus grossiers – ainsi, l’exsolution a pu avoir lieu sur une plus longue période que dans les autres gisements. Vingt-et-un échantillons de différents styles de minéralization ont été sélectionnés à partir du corps de l’Ovoid couvrant la gamme complète de minéralogie et de textures (sulfures disséminés, brèche de sulfures, sulfures matriciels et sulfures massifs). Les sulfures massifs ont deux assemblages différents: un qui est dominé par la pyrrhotite, la troilite, et la pentlandite, avec des proportions mineures de magnétite, chalcopyrite, et de galène; et un qui est dominé par la cubanite et la magnetite, avec des proportions mineures de chalcopyrite, pyrrhotite, pentlandite, et galène. Les deux assemblages contiennent aussi de la sobolevskite (PdBi), de la nickeline (NiAs), et de l’altaite (PbTe) et l’assemblage riche en cubanite contient aussi de la froodite (PdBi2), de l’electrum (Ag-Au), de l’hessite (Ag2Te) et du Bi natif. Recalculé à 100% sulfures, le corps de l’Ovoid est appauvri en EGP et est plus riche en elements tels que Bi, Pb, Cd, Te et Zn relativement à la plupart des gisements magmatiques à Ni-Cu-EGP. La géochimie roche totale indique que les brèches, les sulfures matriciels et l’assemblage de sulfures massifs riche en Fe ont des signatures géochimiques similaires, et leurs compositions sont distinctes des compositions de l’assemblage de sulfures massifs riche en Cu. L’assemblage riche en Fe, les brèches et les sulfures matriciels sont plus riches en Re, Rh, Os, Ir et Ru. L’assemblage riche en Cu est enrichi en Ag, As, Bi,Cd, Pb, Pd, Sb, Te, et Zn. Les sulfures disséminés sont plus riches en presque tous les métaux. Le calcul de bilan de masse montre que la pyrrhotite et la pentlandite contiennent >70 % de l’Ir, du Rh et du Re. La pentlandite contient aussi des concentrations significatives en Ni, en Co et >20% du Pd. Des differences systématiques en concentrations de Pd sont observées pour des variétés de pentlandite texturellement distinctes. La plupart du Pd dans la pentlandite est contenu dans la pentlandite à grain grossier. La cubanite ± chalcopyrite contient des concentrations significatives en Cu, Ag, Zn, Sn et Cd; cependant, la cubanite ± chalcopyrite est appauvri en EGP, Sb, As et Au. Les exsolutions de sphalérite contiennent le reste du Zn, et de faibles concentrations en Cd. La galena contient la plupart du Pb. L’or, le Pd, le Bi, le Te, une partie du Pb, l’As et l’Ag exsolvent aussi entant qu’électrum, minéraux du groupe du platine (MGP), minéraux de métaux précieux (MMP), arséniures, tellurures et Bi natif. La modélisation de la cristallisation fractionnée des sulfures montre que la minéralisation riche en Fe représente un cumulat de la solution solide monosulfurée (SSM) qui a commencé à cristalliser avec la magnetite à ~1050 °C. Basé sur le diagramme de Cu versus Pd, la minéralisation riche en Cu ne peut pas représenter le liquide fractionné car elle ne contient pas suffisemment de Pd. Basé sur le diagramme de Cu versus Pd, la minéralisation riche en Cu pourrait être un cumulat de la solution solide intermédiaire (SSI) qui a commencé à cristalliser à ~900 °C. Cependant, les diagrammes de Cu versus Bi et Te versus Bi montrent que cette minéralisation est trop riche en ces éléments pour représenter un cumulat de SSI qui aurait cristallisé à partir du même liquide initial qui a cristallisé le cumulat de SSM. Un deuxième liquide ou d’autres processus sont requis pour former la minéralisation riche en Cu. La SSM a exsolvé en pyrrhotite, pentlandite et des proportions mineures de chalcopyrite, et la SSI a exsolvé en cubanite et des proportions mineures de chalcopyrite, pentlandite et pyrrhotite à <650 °C. Les MGP, les MMP, et les arséniures, les tellurures et le Bi natif sont considérés d’avoir cristallisé à partir du liquide fractionné tardif à ~450 °C. Lorsque la temperature est tombée en dessous de 145 °C, la troilite a exsolvé à partir de la pyrrhotite, et lors des étapes finales, des étoiles de sphalérite, et des lamelles d’électrum et de Bi natif ont exsolvé. La pétrologie et les données géochimiques montrent que le liquide sulfuré qui a formé le corps de l’Ovoid a subit un fractionnement extensif, et a refroidit lentement, formant ainsi des minéraux à grains grossiers et des exsolutions. Cependant, les calculs de bilan de masse indiquent que lês SMC contiennent des concentrations en EGP similaires aux SMC des autres gisements. Ainsi, les processus d’exsolution ne semblent pas avoir séquestré plus d’EGP dans les exsolutions relativement aux autres gisements. Ce travail contribue à un nouvel outil pour l’exploration des gisements dominés par les EGP et des gisements de sulfures à Ni-Cu, avec un diagramme binaire (Rh versus Pd dans la pentlandite) en ajoutant à une base de données existante les valeurs de Voisey’s Bay. Basé sur les compositions de la pentlandite en Rh et Pd, ce diagramme est capable de faire la distinction entre les gisements dominés par les EGP et les gisements de sulfures à Ni-Cu. Voisey’s Bay se situe dans le domaine des gisements de sulfures à Ni-Cu.

Type de document:Thèse ou mémoire de l'UQAC (Mémoire de maîtrise)
Date:2017
Lieu de publication:Chicoutimi
Programme d'étude:Maîtrise en géologie et génie géologique
Nombre de pages:154
ISBN:Non spécifié
Sujets:Sciences naturelles et génie > Sciences naturelles > Sciences de la terre (géologie, géographie)
Département, module, service et unité de recherche:Départements et modules > Département des sciences appliquées > Unité d'enseignement en sciences de la Terre
Directeur(s), Co-directeur(s) et responsable(s):Barnes, Sarah-Jane
Pagé, Philippe
Mots-clés:base-metal sulfides, chacophile elements, LA-ICP-MS, Nickel-Copper deposit, Voisey's Bay, éléments chalcophiles, sulfures de métaux communs, gisement nickel et cuivre
Déposé le:16 mai 2017 08:39
Dernière modification:18 mai 2017 22:45
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