Kinetic aspects of sector zoning in arsenopyrite: A case study

Summary A simple quartz-arsenopyrite vein assemblage formed at temperatures of 280–200°C occurs in the Madan lead-zinc ore district, Bulgaria. Spear-shaped arsenopyrite is bounded by {101}, {010} and {210}; compositionally it is pure FeAs_1-xS_1+X of variable x. The BSE image of an oriented (001) section reveals a pronounced sector zoning defined solely by differences in the S/As ratio. The boundary between the (210) and (010) growth sectors reflects the changes of their growth rates V⁰¹⁰ and V²¹⁰ in perfect correlation with zonal S/As oscillations. The V°10/V²¹⁰ ratios determined in 20 zones range from 0.1 to 2.4, and correspond to S variations from 39 to 34 at.% derived from 7 microprobe point analyses. The S content in the (010) sector is on average 1.5 at.% lower than in the (210) one, the difference decreasing from about 2.5 to less than 0.33 at.% with the decreasing V⁰¹⁰/V²¹⁰. The rate/composition relationship obeys the following rules: the higher the S/As the lower the V⁰¹⁰/V²¹⁰, and the slower the (010) growth. The phenomenon is interpreted in terms of crystal growth theory of a solid solution analyzing the arsenopyrite growth history on hand specimen, microscopic and structural scales. Sector zoning in this particular case is explained by processes taking place very close to the growing crystal surface which are superimposed on those produced by larger-scale variations in the hydrothermal environment.

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Kinetische Aspekte des sektoriellen Zonenbaues von Arsenkies: Untersuchung eines Wachstumsphdnomens

Zusammenfassung Eine gewöhnliche Quarz-Arsenkies Paragenese im Blei-Zink Erzgebiet von Madan, Bulgarien, bildete sich im Temperatur-Intervall von 280-200°C. Speerförmiger Arsenkies ist begrenzt von den Flächenformen 11011, {010} und {210}, wobei das Mineral der Zusammensetzung FeAs_1-xS_1+X mit variierendem x entspricht. Die Rückstreuelektronenabbildung eines (001)-orientierten Querschnittes zeigt einen deutlichen Sektorzon-enbau, der ausschließlich durch Unterschiede im S/As-Verhaltnis bestimmt wird. Die Grenze zwischen den Wachstumssektoren (210) und (010) spiegelt Veränderungen in ihren Wachstumsgeschwindigkeiten V⁰¹⁰ und V²¹⁰ wieder, die mit den zonenkorrelierten S/As Schwankungen variieren. Die Verhdltnisse V⁰¹⁰/V^21O wurden in 20 Zonen des Kristalls bestimmt; she variieren zwischen 0.1 und 2.4 und entsprechen einer Variation von 39 bis 34 At.% S, die durch 7 Elektronenstrahlmikrosondenanalysen bestimmt wurden. Der S-Gehalt im Sektor (010) ist durchschnittlich mit 1.5 At.% niedriger als im Sektor (210); der entsprechende Unterschied nimmt von ungefdhr 2.5 bis 0.33 At.% mit der Verringerung von V⁰¹⁰/V² ab. Die Beziehung Wachstumsgeschwindigkeit/ Element unterliegt der Regel: je hoher das Verhaltnis S/As; desto niedriger ist V⁰¹⁰/V²¹⁰ und desto langsamer ist das Wachstum von (010). Diese Erscheinung wird im Rahmen der Kristallwachstumstheorie einer festen Lösung gedeutet, wobei die Wachstumsgeschichte des Arsenkieses makroskopisch, mikroskopisch und strukturell analysiert wurde. Auf these Weise wird der Sektorzonenbau als ein Resultat von Prozessen interpretiert, die ganz nah der wachsenden Kristalloberfldche ablaufen und die die Veränderungen des hydrothermalen Milieus überlagern.