Precious metals in massive base metal sulfide deposits

Gold and silver are ubiquitous, sometimes minor but economically important metals in massive base metal sulfide ores. Their content, proportions and distribution in the ores depend on complex, interrelated factors of their source, mobilization, transport and deposition.Different types of these deposits are formed by similar seafloor hydrothermal systems operating, however, in widely differing tectono-stratigraphic environments which span a spectrum from ensimatic-oceanic, through continent-margin to ensialic-continental ones. Like those of the base metals, the proportions and distribution of the precious metals in the ores vary regionally with these changing depositional environments. This suggests that precious metal content of the sub-seafloor rocks in which the generative fluids circulate is one factor that governs the amounts and distribution in the ores. The lithology of these source-rocks is also important. Pillowed, tholeiitic basalts have high permeability, golddepleted crystalline pillow interiors and relatively gold-rich palagonitic rims, and are consequently particularly favorable sources.Mobilization of gold from the sub-seafloor rocks may require basalt-water, and/or carbonaceous sediment-water reactions to produce strongly reduced bisulfide, carbonyl or cyanide complexes that promote gold transport. Chloride complexing and transport are less important for gold but more so for silver and the base metals.Seafloor hydrothermal discharge at shallow depth is commonly accompanied by boiling, steamblast explosions in the vent and resulting deep penetration and mixing of cool, oxygenated seawater with rising hot, reduced metalliferous fluid. This results in deposition of both chloride- and isulfide-complexed gold at depth and centrally in the footwall stockwork or in copper ore in the base of the massive body. Chloride-complexed silver, stable to lower temperatures, is carried farther and deposited with higher-level and more distal, massive zinc-lead ores. Boiling in deep water, however, although possible, is rare. This fact minimizes deep fluid mixing and allows transport of lower temperaturestable, bisulfide-complexed gold to the seafloor and outward from the vent. Gold too, is then deposited with the shallower, distal, massive zinc-lead-silver ore. Late-stage changes in fluid Eh, salinity and activity of sulfur during evolution of the generative hydrothermal system, and by discharge through previously deposited, early stage sulfides around the vent also cause diagenetic remobilization of gold, moving it to shallower, more distal locations in the system. In combination, these relationships explain the three associations of gold in primary, in-situ massive sulfide deposits; in central, deep footwall stockwork mineralization with or without copper, in central copper ore in the base of the massive body and in shallow, peripheral pyritic zinclead-silver ore.Primary, in-situ ore near the vent is sometimes reworked by seafloor density flows which transport clasts of the primary sulfides down-slope, mix them with rock and sedimentary detritus and redeposit them to form secondary, transported ore. Gold, like iron and the base metals, is diluted during this clastic transport. But silver and barite may be enriched indicating transport in the density flows not only as clasts of primary ore but partly also m solution in the hydrothermal fluids that, in this case, must have lubricated the density flows.

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Zusammenfassung Gold- und Silbervorkommen in massiven Metallsulfid-Lagerstätten sind stets ökonomisch wichtige Metalle, auch wenn sie nur in geringen Konzentrationen vorliegen. Der Gehalt an diesen Metallen und ihre Verteilung innerhalb der Lagerstätte hängt von komplexen, sich gegenseitig beeinflussenden Faktoren wie Metallquelle, Art der Mobilisation, Transport und Fällung ab.Unterschiedliche Lagerstättentypen werden von ähnlichen hydrothermalen Systemen auf den Ozeanböden gebildet. Die tektonostratigraphischen Environments unterscheiden sich dabei allerdings beträchtlich; sie befinden sich in ensimatisch-ozeanischen, kontinentalrandlichen und ensialischkontinentalen Bereichen. Innerhalb dieser regional wechselnden Ablagerungsbedingungen variiert Konzentration und Verteilung der Edelmetalle in den Lagerstätten wie bei den einfachen Metallen. Dies bedeutet, daß der Gehalt an Edelmetallen der Gesteine, die den Meeresboden unterlagern und durch die die metallhaltigen Lösungen zirkulieren, ein Faktor ist, der Menge und Verteilung der Metalle in der Lagerstätte steuert. Ebenso ist die Lithologie dieser Gesteine von Bedeutung. Als besonders gut geeignete Quellen gelten kissenartige tholeitische Basalte mit hoher Permeabilität, goldarmen Kisseninneren und relativ goldreichem palagonitischem Rand.Um das Gold aus diesen Gesteinen mobilisieren zu können, bedarf es einer Reaktion zwischen Basalt und Wasser und/oder eines karbonatischen Sediments mit Wasser, um stark reduziertes Bisulfid, Carbonyl-oder Cyanidkomplexe zu bilden, die den Goldtransport ermöglichen. Chlorid-Komplexbildung und -Transport sind zwar wichtig für Silber und einfache Metalle, für Gold spielen sie nur eine untergeordnete Rolle.Der Austritt hydrothermaler Lösungen an Ozeanböden in geringer Tiefe wird in der Regel von Sieden und explosionsartigem Dampfaustritt begleitet und führt deshalb zu einem tiefen Eindringen und Durchmischen von kaltem, sauerstoffreichen Meereswasser mit den aufsteigenden heißen, reduzierten metallischen Lösungen. Daher kommt es zur Fällung von sowohl an Chloridkomplexe als auch an Bisulfidkomplexe gebundenem Gold. Diese Ausfällung findet in größerer Tiefe statt und zwar hauptsächlich im liegenden Stockwerk oder mit Kupfer zusammen an der Basis der massiven Lagerstätte. An Chloridkomplexe gebundenes Silber ist auch bei niedrigeren Temperaturen stabil, wird also weiter transportiert und in einem höheren Niveau in distal gelegenen Blei-Zink-Lagerstätten gefällt. In größeren Wassertiefen kommt es seltener zu dem beobachteten Sieden der austretenden Lösungen. Diese Tatsache reduziert das Durchmischen der Lösungen in größeren Tiefen und ermöglicht den Transport von Gold, das an Bisulfidkomplexe gebunden ist. In diesem Fall ist die Verbindung auch bei niedrigeren Temperaturen noch stabil also transportfähig und kann bis zum Meeresboden oder außerhalb des Schlotes in Lösung bleiben. Dabei kann das Gold zusammen mit Blei, Zink und Silber in mehr distalen Lagerstätten angereichert werden. Späte Änderungen in Eh, Salinität und Schwefelaktivität der Lösungen während der Entwicklung des hydrothermalen Systems, sowie der Austritt durch früher abgelagerte den Schlot umgebende Sulfide, können eine diagenetische Gold-Remobilisation auslösen. Auch dabei kann das Metall zu in geringer Tiefe liegenden, distalen Ablagerungsorten transportiert werden. Berücksichtigt man alle Faktoren, so erklären diese Verhältnisse die drei möglichen Goldvorkommen in primären, in-situ vorliegenden Sulfid-Lagerstätten: Mit Kupfer vergesellschaftet, allerdings nicht unbedingt, zentral im liegenden Stockwerk; an der Basis der Kupferlagerstätte und in geringer Tiefe in Verbindung mit peripheren Blei-Zink-Silber-Vorkommen.Primäre, in-situ neben Schloten vorkommende Lagerstätten werden in einigen Fällen von meeresbodennahen Masseströmen aufgearbeitet. Diese transportieren Sulfidkomponenten, die während des Transports mit Sediment und Gesteinsbruchstücken vermischt und schließlich als sekundäre sedimentäre Lagerstätte abgelagert werden. Durch diesen Transport und die Mischung der Klastika wird die Goldkonzentration in der späteren Lagerstätte stark reduziert. Silber und Barit können dagegen in Ausnahmefällen während des Transports angereichert werden, da diese Komponenten nicht nur als Sulfidbruchstücke transportiert werden, sondern auch in Lösung in den hydrothermalen Lösungen vorhanden sein können. Diese Lösungen dienen in solchen Fällen den Masseströmen als Gleithorizont.

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Résumé Dans les gisements de sulfures métalliques massifs, l'or et l'argent sont des métaux ubiquistes, parfois mineurs, mais toujours d'importance économique. Leur teneur et leur distribution dans les corps minéralisés dépendent de facteurs complexes, en relation les uns avec les autres, tels que: leur source, leur mobilité, leurs modalités de transport et de dépôt.A partir des mêmes systèmes hydrothermaux en action sur le fond de la mer, divers types de gisements peuvent être engendrés, selon leur environnement tectono-stratigraphique: océanique ensimatique, de marge continentale ou continental ensialique. Les teneurs et la répartition des métaux précieux, comme celle des autres métaux varient régionalement selon ces divers milieux. Ceci suggère que le contenu en métaux précieux dans les roches sous-jacentes au fond marin à travers lesquelles circulent les solutions minéralisantes est un facteur qui détermine leurs teneurs et leurs répartitions dans les minerais. La lithologie de ces roches-sources est également importante. Une source particulièrement significative est représentée par les coussins des basaltes tholéiitiques, très perméables, avec leur coeur pauvre en or et leur couronne palagonitique relativement riche.Le lessivage de l'or dans les roches situées sous le fond marin peut impliquer des réactions eau-basalte et/ou eausédiments carbonatés, réactions susceptibles d'engendrer les bisulfures très réduits et les complexes carbonés ou cyanurés qui permettent le transport de l'or. Le transport par complexes chlorurés joue un rôle subordoné dans le cas de l'or, mais important dans le cas de l'argent et des autres métaux.L'arrivée de solutions hydrothermales sur les fonds marins peu profonds est d'ordinaire accompagnée d'ébullitons et d'émissions explosives de vapeur, ce qui provoque la pénétration profonde d'eau de mer froide et oxygénée et son mélange avec les fluides métallifères chauds et réducteurs ascendants. Il en résulte le dépôt de complexes aurifères bisulfurés et chlorurés. Cette précipitation s'opère en profondeur, particulièrement dans les roches sous-jacentes ou dans le minerai de cuivre, à la base des corps minéralisés massifs. L'argent des complexes chlorurés, stables à plus basse température, est transporté plus loin et se dépose, en situation plus distale, dans les minerals massifs de Pb-Zn. Dans les mers profondes, l'ébullition, sans être impossible, est néanmoins un phénomène rare; cette circonstance minimise le mélange des fluides en profondeur et permet le transport de l'or jusqu'à la surface du fond et même loin des évents sous la forme de complexes bisulfurés stables à basse température. L'or est alors déposé en situation distale peu profonde avec les minerals massifs de Zn-Pb-Ag. Des modifications tardives d'Eh, de salinité et d'activité du soufre dans les solutions au cours de l'évolution du système hydrothermal, de même que le lessivage des sulfures déjà accumulés autour des évents entraînent une remobilisation diagénétique de l'or vers des situations distales d'eau peu profonde. La combinaison de ces divers facteurs permet d'expliquer les trois occurrences de l'or dans les dépôts in situ de sulfures massifs primaires: dans les parties centrales des masses sous-jacentes en association ou non avec le Cu, à la base des corps minéralisés en Cu, et à faible profondeur, en liaison avec les gisements périphériques de Pb-Zn-Ag.Les gisements primaires, formés in situ près des évents sont parfois remaniés par des courants de densité, qui emportent des clastes de sulfures, les mélangent aux débris sédimentaires et les redéposent sous forme de minerais secondaires. De tels transports provoquent la dilution de l'or, en même temps que celle du fer et des autres métaux. Par contre, l'argent et la barite peuvent subir un enrichissement car leur transport dans les courants de densité ne s'effectue pas seulement sous forme de clastes, mais également en solution dans des fludies hydrothermaux, lesquels, dans ce cas, contribuent à lubrifier le courant de densité.

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