Original paper

Balanced mineral reactions for alteration zones developed in auriferous shear zones of the Hutti Mine, Dharwar Craton, India

Kolb, Jochen; Meyer, Franz Michael

Abstract

In the up to 10 m wide auriferous shear zones of the Hutti Gold Mine two stages of gold mineralization and deformation are distinguished. During the first stage, the amphibolite host rock reacted with a hydro-thermal fluid enriched in Si, Ca, Na and K, forming a proximal biotite-plagioclase alteration zone whereas Fe and Mg were leached from this zone. Volatiles involved in the reactions were H2O, CO2 and H2S. In the distal parts, the hydrothermal fluid was enriched in Fe, Mg, Ca and less K and H2S. Silica and Na were removed. The opposing mode of enrichment and depletion, especially for Fe, Mg and Si, in the stage 1 proximal and distal alteration zones, suggests that the hydrothermal fluid progressively changed composition during fluid rock interaction in the central part of the shear zones. Mass changes in both stage 1 alteration zones are in the range of 15 % mass gain.The T-X pseudosections indicate that both stage 1 alteration assemblages are stable at similar P-T conditions of 460-510 °C and 3 kbar but different composition. This supports the interpretation that the hydrothermal ore fluid was introduced into the central parts of the shear zone resulting in a fluid dominated system. The distal alteration formed with probably lower fluid-rock ratios by the hydrothermal fluid modified during fluid-rock reaction in the proximal zone.The hydrothermal stage 2 was associated with an aqueous fluid enriched in Fe and Mg, whereas Si, Na, K and S were leached from the altered rocks. These components contributed, together with an external input by the ore fluid, to form extensive gold-quartz veins, which are contemporaneous with this alteration stage 2. The calculated mass gain lies in the range of 10 %.The fluid composition and mass transfer estimations from this study are in accordance with results from bulk rock geochemical and stable isotope calculations, except fluid-rock ratios and volume change. These parameters cannot be quantified in the open system studied here. The combination of balanced mineral reactions and modeling of pseudosections is ideally suited to discuss mass transfer in hydrothermal alteration zones because, in contrast to whole rock geochemical methods, element mobility (or immobility) is directly related to observed mineral reaction textures.

Kurzfassung

In den bis zu 10 m mächtigen Scherzonen der Hutti-Goldmine werden zwei Goldmineralisations- und Deformationsereignisse unterschieden. Während des ersten Ereignisses reagierten Amphibolite mit einem hydrothermalen Fluid, das reich an Si, Ca, Na und K war. Fe und Mg wurden aus dem Wirtsgestein gelöst und es bildete sich die proximale Biotit-Plagioklas-Alterationszone aus. Die Volatile H2O, CO2 und H2S waren an der Metasomatose beteiligt. In der distalen Alterationszone war das hydrothermale Fluid an Fe, Mg, Ca und in geringerem Maße an K sowie H2S angereichert, während es Si und Na abführte. Die gegensinnige Anreicherung bzw. Abfuhr vor allem von Fe, Mg und Si in der distalen und proximalen Alterationszone weist darauf hin, dass sich die Zusammensetzung des hydrothermalen Fluides progressiv durch Fluid-Gesteinsreaktionen im zentralen Bereich der Scherzone verändert hat. In beiden Alterationszonen des ersten Mineralisations- und Deformationsereignisses erfolgte gleichermaßen eine Masseanreicherung von ca. 15 %.Die T-X-Pseudoschnitte der petrologischen Modellierung zeigen, dass die Mineralparagenesen beider Alterationszonen zwar bei ähnlichen P-T-Bedingungen (460-510 °C, 3 kbar), aber unterschiedlicher Zusammensetzung des alterierten Gesteins stabil sind. Dies deutet darauf hin, dass das hydrothermale Fluid bevorzugt durch den zentralen Teil der Scherzone migrierte und dort ein fluiddominiertes System schaffte. Die distale Alteration erfolgte vermutlich bei einem niedrigeren Fluid/Gesteinsverhältnis. Das hydrothermale Fluid wurde progressiv durch die Reaktionen mit dem Nebengestein in der proximalen Alterationszone verändert, bevor die Metasomatose in den distalen Bereichen erfolgte.Ein wässriges Fluid alterierte die Nebengesteine während des zweiten hydrothermalen Ereignisses. Fe und Mg wurden metasomatisch angereichert, während Si, Na, K und S im Fluid gelöst und weggeführt wurden. Diese Elemente wurden teilweise in den großen Quarzgangsystemen, die sich durch externe Fluide gleichzeitig mit der Metasomatose der Nebengesteine bildeten, wieder abgeschieden. Der Massegewinn durch die hydrothermale Alteration wurde auf ca. 10 % berechnet.Die Abschätzung der Zusammensetzung des hydrothermalen Fluides und des Massetransfers der Metasomatose sind im Einklang mit der Gesamtgesteinsgeochemie und den stabilen Isotopenzusammensetzungen. Jedoch ergeben sich signifikante Unterschiede bei der Berechnung von Fluid/Gesteinsverhältnis und Volumenveränderung. Diese beiden Parameter können in offenen metasomatischen Systemen scheinbar nicht quantifiziert werden. Im Gegensatz zur Gesamtgesteinsgeochemie ist die Kombination der Bilanzierung von Mineralreaktionen mit petrologischen Modellierungen in der Lage, Elementverschiebungen, die den beobachteten Mineralreaktionen zugeordnet werden können, direkt zu beschreiben und zu quantifizieren.

Keywords

hydrothermal alterationfluid-rock interactionmetasomatismmass transfer quantificationpseudosectionorogenic gold mineralization