The geochemistry of the PGE Subzone in the Selukwe Subchamber, Great Dyke: an intraformational layer model for Platinum Group Element enrichment in layered intrusions

Summary ?The zone of enrichment of platinum group elements (PGE) in the pyroxenite hosted Main Sulphide Zone (MSZ) of the Great Dyke coincides with the stage at which the magma had become saturated in sulphide. No fundamental characteristics of the MSZ have previously been recognized other than the concentration of PGE at the base of the sulphide zone. This zone of enrichment, referred to here as the PGE Subzone, as well as the footwall and hangingwall sequences to the PGE Subzone, are recognized in this work as comprising a series of petrologically and chemically distinct rock layers. Characterization is on the basis of (a) distinct Pd:Pt ratios, (b) cyclicity in pyroxene compositions and, (c) cyclicity in the concentrations of incompatible elements in the whole rock. The incompatible element contents in whole rocks (eg. Zr) are closely linked with the TiO₂ contents of the orthopyroxene. The strong interdependence of these parameters indicates an integrated primary process for the PGE mineralization and does not support an origin by which late stage metasomatising fluids transported PGE into the mineralized zone. It also does not support previous models for the MSZ based on progressive fractional segregation of sulphide as a continuous process extracting PGE. An intraformational layer model is suggested by which liquid layers in a double diffusive convective system break down and become sequentially incorporated into the crystallizing zone resulting in offset chemical trends in silicate compositions together with extraction of PGE into sulphide of effectively constant values for Pd:Pt ratio. Reequilibration of pyroxene is recognized for each of the sublayers as well as minor redistribution of PGE across the boundaries of the sublayers.

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Zusammenfassung ?Die Geochemie der PGE – Subzone in der Selukwe Subchamber, Great Dyke: ein intraformationales Modell für Anreicherung von Platingruppenelementen in geschichteten Intrusionen Die Anreicherungszone von Platinelementen in der Main Sulphide Zone (MSZ) in den Pyroxeniten des Great Dyke entspricht dem Entwicklungsstadium, in dem das Magma an Sulfiden ges?ttigt wurde. Bisher wurden keine grunds?tzlichen Eigenschaften der MSZ erkannt, abgesehen von der Anreicherung der PGE an der Basis der Sulfidzone. Diese Anreicherungszone, die wir hier als PGE Subzone bezeichnen, wie auch die Abfolgen in ihrem Hangenden und im Liegenden enthalten eine Serie von petrologisch und chemisch eindeutig charakterisierten Gesteinsschichten. Diese Erkenntnis beruht auf (a) klaren Pd-Pt-Verh?ltnissen, (b) der Zyklizit?t der Pyroxenzusammensetzungen und (c) den Konzentrationen inkompatibler Elemente im Gesamtgestein. Letztere (z.B. Zr) sind eng mit den TiO₂-Gehalten der Orthopyroxene verbunden. Die deutliche gegenseitige Abh?ngigkeit dieser Parameter weist auf einen integrierten prim?ren Prozess für die PGE-Vererzung hin und liefert keine Unterstützung für eine Entstehung, bei der sp?te metasomatische Fluide PGE in die mineralisierte Zone transportiert haben. Es unterstützt auch nicht frühere Modelle für die MSZ, die auf einer progressiven fraktionalen Trennung von Sulfiden als einem kontinuierlichen Anreicherungsprozess für PGE beruhten. Ein intraformationales Schichtmodell wird hier vorgeschlagen, wobei flüssige Lagen in einem doppelt diffusiven Konvektionssystem aufbrechen und sequentiell in die kristallisierte Zone inkorporiert werden. Dies resultiert in abweichenden chemischen Trends für Silikat-Zusammensetzungen und ebenso auch in einer Extraktion der PGE in Sulfide mit konstanten Pd/Pt-Verh?ltniszahlen. Reequilibrierung von Pyroxenen wird für jede der Sublayers nachgewiesen, wie auch geringfügige Umverteilung der PGE über die Grenzen der einzelnen Sublayers hinaus.

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Received November 30, 1998;/revised version accepted July 12, 1999