GEOCHIMIE ET CONDITIONS DE CRISTALLISATION DES MINERAUX DU GROUPE DE L’HELVITE

Abstract

Minerais de berílio (berilo, fenaquita e helvita) são constituintes de veios a quartzo-muscovita e veios de siderofilita. Noalbitito, somente a fenaquita e a helvita estão presentes. Este trabalho refere-se à ocorrência do maciço de Sucuri (Goiás, Brasil),às helvitas dos skarns de Costabonne, França e às helvitas de veios a quartzo-wolframita de Dajishan, China.O estudo paragenético, geoquímico e experimental de helvitas (Mn, Zn, Fe)8 Be6 Si6 O24 S2 analisadas leva à uma novadefinição da fórmula estrutural deste mineral que, por analogia àquela da hauyna é (Mn, Zn, Fe)8-x Nax Be6 Si6 O24 S2-x Clx. Àssubstituições clássicas Zn-Fe-Mn, se ajuntam as substituições do tipo: Cl-S e Be-Li. O Li substitui o Be na estrutura da helvita, odéficit de carga elétrica resultante é compensado pela introdução de Na na estrutura. A substituição Cl-S foi confirmada porestudo experimental. Restrições de ordem geoquímica desempenham um importante papel na introdução de terras raras na estruturada helvita, de modo que num ambiente francamente alcalino, a helvita concentra mais facilmente as terras raras pesadas.A danalita (pólo ferrífero da helvita) cristaliza-se em um domínio de fugacidade do enxofre e do oxigênio muito limitado eque corresponde ao domínio de estabilidade da pirrotita. A genthelvita (pólo zincífero da helvita) é estável em um extensodomínio de fugacidade do enxofre e oxigênio. Ao contrário, a helvita (pólo manganesífero da série) se desenvolve em umdomínio de fugacidade de oxigênio moderado e de fugacidade do enxofre suficientemente extenso e comparável àquele dagenthelvita.A formação de mineralização de berílio de composição variável nos skarns resultaria, seja da sucessão de soluções tardiasricas em sílica (se a razão Si/Al é alta, a fenaquita ou a helvita se cristalizam) atuando sobre a paragênese aluminosa (musgravita,crisoberilo) formada precocemente, seja da fraca migração de Al em relação a Si. Neste último caso, a paragênese aluminosa(musgravita, crisoberilo) terá uma distribuição limitada. A atividade da alumina desempenha um papel essencial na variação dacomposição dos minerais de berílio. Se ela é fraca, a fenaquita e/ou helvita são estáveis e se ela é forte o berilo e o crisoberilo oua musgravita são estáveis.Entretanto, o aumento da atividade de alguns elementos (Ca, Mn, Fe, Zn ou alcalinos) tendendo a incorporarem alumina nasgranadas ou nos feldspatos será um fator desfavorável para a formação do berilo. Assim, a helvita é um mineral tipicamenteestável nos skarns cálcicos e se associa à fenaquita nas rochas submetidas ao metassomatismo alcalino. Por outro lado, o beriloaparece normalmente em condições onde um fluido ácido se separa de líquidos graníticos muito evoluidos (aplopegmatito).A genthelvita é estável sob condições alcalinas e oxidantes.

ABSTRACT: Beryllium-bearing minerals (beryl, phenacite, helvite) are present in the quartz-muscovite and siderophyllite veins. In thealbitites, only phenacite and helvite (Fe,Zn,Mn)8Be6(SiO4)6S2 are found. Besides the Sucuri deposits, we studied also helvitesfrom the northern skarn of Costabonne (France) and from quartz-wolframite veins of Dajishan (China). Paragenetic and geochemicaldata on helvites from these three occurences lead to propose a new structural formula:(Mn,Zn,Fe)8-xNax Be6 Si6 O24 S2-xClx, analogous to that of haüyne.To the standard substitutions Zn-Fe-Mn in helvite, we may add substitutions like Cl-S and Be-Li. Lithium probably replacesberyllium in the structure of helvite, the charge deficit being balanced by the entry of sodium. Crystal chemical constraints clearlyplay an important role for the incorporation of REE in helvite, but, in an alkaline context, helvite shows preference for heavyREE.Danalite (the Fe end-member of helvite) is stable in a very limited domain of fS2 and fO2, which coincides with that ofpyrrhotite. Genthelvite (Zn end-member) is stable in a large domain of fS2 and fO2. On the other hand, helvite (Mn end-member)is stable in conditions of moderate fO2 and for a range of fS2 relatively large compared to that of genthelvite. In Sucuri,Goiás,Brazil, the ilmenites of the internal zone (where genthelvite is found) contain 16% of hematite, whereas those of the external zonecontain no hematite. The zonations observed within the helvite crystals (genthelvite core and danalite border) reflect the variationsof fS2 and fO2.The compositional variations of the beryllium minerals observed in skarns may be explained by the following processes:- either a late arrival of silica-rich solutions (high Si/Al ratio, presence of phenacite or helvite) within early formed aluminarichparageneses (musgravite, chrysoberyl),- or a limited mobility of Al relatively to Si, which would induce a limited extension of the aluminous parageneses (musgravite,chrysoberyl).The activity of aluminium plays an essential role in the stability of the beryllium minerals: phenacite and/or helvite are stablewhen it is low, and beryl, chrysoberyl or musgravite when it is high. However, the increase of activity of other elements (Ca, Mn,Fe, Zn, alkalis) that would induce the formation of minerals incorporating alumina (garnet or felspars) would be unfavourable tothe formation of beryl. Helvite is thus typically stable in calcic skarns, and it is associated with phenacite in the rocks submittedto alkaline metasomatism. Beryl, on the contrary, normally appears when acidic fluids separates from highly evolved graniticmagmas (aplopegmatitic stage).The zonation of helvite crystals in albitites (genthelvite core, danalite border) reflects the decrease of alkalinity of the fluids.This zonation on the crystal scale is also observed on the outcrop scale: helvite composition varies from Ge64Da10He26 in theinternal zone to Ge23Da50He26 in the external zone. The same variation is observed in an albitized siderophyllite vein, fromGe25Da42He33 in a slightly albitized zone to Ge55Da39He22 in a highly albitized one. The formation of genthelvite is favoured, ascompared with the other members of the helvite group, by alkaline conditions.The compositional variations of helvite in the Sucuri massif would result from variations in fS2 and fO2 in the fluids. Genthelviteis stable under alkaline and oxydizing conditions.