Sulfur isotope compositions have been determined for the granitic and related rocks from the Wolf River Batholith, Wisconsin in U.S.A. Sulfur content and isotope composition of granitic rocks of the Wolf River Ratholith range from 30 to 140 ppm and from 1.1 to 6.5 permil respectively, and are considered to be magmatic. Sulfur content and isotope composition of the Penokean plutonic rocks, surrounding country rocks, range from 31to 381 ppm and from -1.7 to 7.2 permil respectively. The positive correlation observed between sulfur and oxygen isotope data of granitic rocks and the Penokean plutonic rocks may be due to the assimilation of the Penokean plutonic rocks by a primary magma of deep-crustal origin, or to mixing at depth, of a primary magma with another magma having higher ${\delta}^{18}O$ and ${\delta}^{34}S$.
Secondary ion mass spectrometry (SIMS) uses focused high-speed primary ions to produce secondary ions from sample surface that are analyzed through a mass filter. SIMS is often called as ion microprobe, since it offers a micrometer-scale spatial resolution. Although the precision and accuracy of SIMS are not as good as many conventional mass spectrometers, it has several advantages such as small sample-size requirement, high spatial resolution and capability of in-situ analysis. In the field of geochemistry/cosmochemistry, SIMS is widely used for (1) stable isotope geochemistry of H, C, O, S, etc., (2) geochronology of U/Th-bearing minerals, (3) lateral distribution of trace elements in a mineral, and (4) discovery of presolar grains and investigation of their isotopic compositions.
The hydrothermal vein type deposits which comprise the Kasihan, Jompong and Gempol mineralized areas are primarily copper and zinc deposits, but they are also associated with lead and/or gold mineralization. The deposits occur within the Tertiary sedimentary and volcanic rocks in the Southern Mountain zone of the eastern Java island, Indonesia. Mineralization can be separated into two or three distinct stages (pre-and/or post- ore mineralization stages and main ore mineralization stage) which took place mainly along pre-existing fault breccia zones. The main phase of mineralization (the main ore stage) can be usually classified into three substages (early, middle and late) according to ore mineral assemblages, paragenesis, textures and their chemical compositions. Ore mineralogy and paragenesis of the three areas in the district are different from each other. Pyrite, pyrrhotite (/arsenopyrite), iron-rich (up to 20.5 mole % FeS) sphalerite and (Cu-)Pb-Bi sulfosalts are characteristic of the deposits in the Kasihan (/Jompong) area. On the other hand, pyrite + hematite + magnetite + iron-poor (2.7 to 3.6 mole % FeS) sphalerite assemblage is restricted to the Gempol area. Fluid inclusion data suggest that fluids of the main ore stage evolved from initial high temperatures (near $350^{\circ}C$) to later lower temperatures (near $200^{\circ}C$) with salinities ranging from 0.8 to 10.1 equiv. wt. percent NaCl. Each area represents a separate hydrothermal system: the mineralization at Kasihan and Jompong were largely due to early fluid boiling coupled with later cooling and dilution, whereas the mineralization at Gempol was mainly resulted from cooling and dilution by an influx of cooler meteoric waters. Fluid inclusion evidence of boiling indicates that pressures of ${\geq}95$ to 255 bars (${\geq}95$ bars for the Gempol area: $\approx$ 120 to 170 bars for the Jompong area: $\approx$ 140 to 255 bars for the Kasihan area) during portions of main ore stage mineralization. Equilibrium thermodynamic interpretation indicates that the evolution trends of the temperature versus fS2 variation of ore stage fluids in the Pacitan district follow two fashions: ore fluids at Kasihan and Jompong changed from the pyrite-pyrrhotite sulfidation stage towards pyritehematite- magnetite state, whereas those at Gempol evolved nearly along pyrite-hematite-magnetite reaction curve with decreasing temperature. The sulfur isotope compositions of sulfide minerals are consistent with an igneous source of sulfur with a ${\delta}^{34}S_{{\Sigma}s}$ value of about 3.3 per mil. The oxygen and hydrogen isotopic compositions of the fluids in each area indicate a progressive shift from the dominance of highly exchanged meteoric water at early hydrothermal systems towards an un- or less-exchanged meteoric water at later hydrothermal systems.
Jeong, Chan Ho;Ou, Song Min;Lee, Yu Jin;Lee, Yong Cheon;Kim, Young Seog;Kang, Tae Seob
The Journal of Engineering Geology
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v.32
no.4
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pp.559-569
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2022
This study investigated the acidification and mixing with seawater of groundwater, stream water, and reservoir water in the Hunghae area of Pohang City, as well as the source of water expelled to the stream by liquefaction induced by the Pohang earthquake on 15 November 2017. Geologically, the area consists of Tertiary sedimentary rocks. We collected six samples of groundwater, five of reservoir water, four of stream water, two of liquefaction water, and one of seawater to analyze the chemical composition and stable isotopes (𝛿D and 𝛿18O). Gogkang Stream flows eastward through the central part of the study area into the East Sea. The groundwater and reservoir water in the lower part of the stream are acidic (pH < 4), have a Ca(Mg)-SO4 composition, and high concentrations of Al, Fe, and Mn, likely due to the oxidation of pyrite in Tertiary rocks. The groundwater in the upper part of the stream have a Ca(Na)-HCO3(Cl) composition, indicating the mixing of seawater with the stream water. The 𝛿D and 𝛿18O isotope data indicate the isotopic enrichment of reservoir water by evaporation. Based on the chemical and isotopic data, it is inferred that the two samples of liquefaction water originated from alluvium water in a transition zone with stream water, and from deep and shallow groundwaters that has been infiltrated by seawater, respectively.
In this study, the hydrochemical and the isotopic characteristics of major streams in the Daejeon area were investigated during rainy and dry seasons. The stream water shows the electrical conductivity of the range of $37{\sim}527{\mu}s$/cm, and pH $6.21{\sim}9.83$. The chemical composition of stream waters can be grouped as three types: the upper streams of Ca(Mg)-$HCO_3$ type, Ca(Mg)-$SO_4(Cl)$ type of middle streams flowing through urban area, and Na(Ca)-$HCO_3$(Cl, $SO_4$) type of the down streams. Based on in-situ investigation, the high pH of stream waters flowing through urban area is likely to be caused by the inflow of a synthetic detergent discharging from the apartment complex. The electrical conductivity of stream waters at a dry season is higher than those of at a rainy season. We suggest that the hydro-chemical composition of stream waters in the Daejeon area was affected by the discharging water from the sewage treatment facilities and anthropogenic contaminants as well as the interaction with soil and rocks. ${\delta}D$ and ${\delta}^{18}O$ values of the stream waters show the relationship of ${\delta}D=6.45{\delta}^{18}O-7.4$, which is plotted at a lower area than global meteoric water line(GMWL) of Craig(1961). It is likely that this isotopic range results from the evaporation effect of stram waters and the change of an air mass. The isotope value shows an increasing trend from upper stream to lower stream, that reflects the isotopic altitude effect. The relationship between ${\delta}^{13}C$ and $EpCO_2$ indicates that the carbon as bicarbonate in stream water is mainly originated from $CO_2$ in the air and organic materials. The increasing trend of ${\delta}^{13}C$ value from upper stream waters to lower stream waters can be attributed to the following reasons: (1) an increasing dissolution of $CO_2$ gas from a contaminated air in downtown area of the Daejeon, and (2) the increment of an inorganic carbon of groundwater inflowed into stream by base flow. Based on the relationship between ${\delta}^{34}S$ and $SO_4$ of stream waters, the stream waters can be divided into four groups. $SO_4$ content increases as a following order: upper and middle Gab stream${\delta}^{34}S$ value decreases as above order. ${\delta}^{34}S$ value indicates that sulfur of stream waters is mainly originated from atmosphere, and is additionally supplied by pyrite source according to the increase of sulfate content. The sulfur isotope analysis of a synthetic detergent and sewage water as a potential source of the sulfur in stream waters is furtherly needed.
The Samsung gold-silver deposit consists of quartz veins that fill along the fault zone within Cretaceous shale and sandstone. Mineralization is occurred within fault-breccia zones and can be divided into two stages. Stage I is main ore mineralization and stage II is barren. Stage I is associated with wall-rock alteration minerals(sericite, pyrite, chlorite, quartz), rutile, base-metal sulfides(pyrrhotite, pyrite, sphalerite, chalcopyrite, galena), and electrum. Stage II occur quartz, calcite and pyrite. Fluid inclusion data indicate that homogenization temperatures and salinities of stage I range from 145 to $309^{\circ}C$ and from 0.4 to 12.4 wt.% NaCl, respectively. It suggests that hydrothermal fluids were cooled and diluted with the mixing of meteoric water. The main deposition of base-metal sulfides and electrum occurred as a result of cooling and dilution at temperature between $200^{\circ}C$ and $300^{\circ}C$. Sulfur(9.3~10.8‰) isotope composition indicates that ore sulfur was mainly derived from a magmatic source as well as the host rocks. The calculated oxygen[-2.3~0.9‰(quartz: 0.3‰, 0.9‰, calcite: -2.3‰)] and hydrogen[-86~-76‰(quartz: -86‰, -82‰, calcite: -76‰)] isotope compositions indicate that hydrothermal fluids may be meteoric origin with some degree of mixing of another meteoric water for paragenetic time.
Hydrothermal gold deposits of the Trabong district in Vietnam occur as single-stage quartz $\pm$ calcite veins (0.3-1.2 m thick) which fill fault fractures in graphite-bearing gneiss and schist of the Chulai Complex and Kham Duc Formation of the Proterozoic age. Ore grades are 1.3 to 92.4 g/ton Au. Ore mineralogy is very simple, consisting mainly of pyrite with minor amounts of base-metal sulfides and electrum. Gold grains occur in two assemblages as follows: (1) early, Fe-rich (7.2-10.4 mole % FeS) sphalerite + electrum (50.4-64.3 atom % Au) assemblage occurring as inclusions in pyrite; (2) late, Fe-poor «4.7 mole % FeS) sphalerite + galena + electrum (47.6-81.7 atom % Au) assemblage occurring along fractures of pyrites. Based on fluid inclusion data and thermochemical considerations of ore mineral assemblages, ore minerals were formed at high temperatures (about $230^{\circ}C$ to $420^{\circ}C$) from $H_{2}O-CO_{2}(-CH_{4})$-NaCI fluids with the sulfur fugacity of about $10^{-6}$ to $10^{-10}$ atm. Fluid inclusion data also indicate that ore mineralization occurred mainly as a result of fluid unmixing accompanying $CO_2$ effervescence. Calculated oxygen and measured hydrogen isotope compositions of mineralizing waters (${\delta}^{18}O_{V-SMOW}$ values = 5.3 to 8.6$\textperthousand$, ${\delta}D_{V-SMOW}$ values = - 60 to - 52$\textperthousand$), along with the sulfur isotope compositions of vein sulfides (${\delta}^{34}S_{CDR}$ values = - 1.2 to 2.8$\textperthousand$) and carbon isotope compositions of inclusion $CO_2$ (${\delta}^{13}C_{PDB}$ values = - 4.7 to - 2.0$\textperthousand$) indicate that the high temperature (mesohypothermal) gold mineralization formed from a magmatic fluid.
Ryoung Gyun Kim;Sun Ki Choi;Jonguk Kim;Sang Joon Pak;Wonnyon Kim
Economic and Environmental Geology
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v.56
no.6
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pp.765-779
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2023
The Daum Vent Field (DVF) was newly discovered in the Central Indian Ridge during the hydrothermal expedition by the Korea Institute of Ocean Science & Technology (KIOST) in 2021. In this paper, we describe the detailed mineralogy and geochemistry of hydrothermal chimney and mound to understand the nature of hydrothermal mineralization in the DVF. The mineral assemblages (pyrite±sphalerite±chalcopyrite) of dominant sulfides, FeS contents (mostly <20 mole %) of sphalerite, and (Cu+Zn)/Fe values (0.001-0.22) of bulk compositions indicate that the DVF has an strong affinity with basaltic-hosted seafloor massive sulfide (SMS) deposit along the oceanic ridge. Combined with the predominance of colloform and/or dendritic-textured pyrite and relatively Fe-poor sphalerite in chimneys, the fluid-temperature dependency of trace element systematics (Co, Mn, and Tl) between chimney and mound indicates that the formation of mound was controlled by relatively reducing and high-temperature fluids compared to chimney. The δ34S values (+8.31 to +10.52‰) of pyrite reflect that sulfur and metals were mainly leached from the associated basement rocks (50.6-61.3%) with a contribution from reduced seawater sulfur (38.7-49.4%). This suggests that the fluid-rock interaction, with little effect of magmatic volatile influx, is an important metal source for the sulfide mineralization in the DVF.
The Buyeong gold-silver deposit consists of quartz veins that fill along the NS fault zone within Cretaceous Goseong formation. Mineralization can be divided into hypogene and supergene stages. Hypogene stage is associated with hydrothermal alteration minerals such as sericite, pyrite, chlorite, epidote and sulfides such as pyrite, pyrrhotite, marcasite, sphalerite, chalcopyrite, galena and galenobismutite. Supergene stage is composed of malachite, goethite, chalcocite, and sphalerite oxide. Fluid inclusion data indicate that homogenization temperatures and salinities range from 112 to $340^{\circ}C$ and from 0.2 to 7.9 wt.% NaCl, respectively. Sulfur(3.2~3.9‰) isotope composition indicates that ore sulfur was derived from mainly magmatic source as well as partly host rocks. The calculated oxygen(4.3~6.0‰) and hydrogen(-60~-64‰) isotope compositions indicate that hydrothermal fluids may be meteoric origin with some degree of mixing of another meteoric water for paragenetic time.
The Bongsang gold-silver deposit consists of quartz veins that fill along the fault Bone within Cretaceous andesitic lapilli tuff. Mineralization is occurred within fault-breccia zones and can be divided into two stages. Stage I which can be subdivided into early and late depositional stages is main ore mineralization and stage II is barren. Stage I began with deposition of wall-rock alteration minerals and base-metal sulfides, and was deposited by later native silver, Ag-bearing tetrahedrite, polybasite and base-metal sulfides such like pyrite, sphalerite, chalcopyrite and galena. Fluid inclusion data indicate that homogenization temperatures and salinities of stage I range from 137 to $336^{\circ}C$ and from 0.0 to 10.6 wt.% NaCl, respectively. It suggests that ore forming fluids were cooled and diluted with the mixing of meteoric water. Also, temperature and sulfur fugacity deduced mineral assemblages of late stage I are $<210^{\circ}C\;and\;<10^{-15.4}$ atm, respectively. Sulfur(3.4%o) isotope composition indicates that ore sulfur was mainly derived from a magmatic source as well as the host rocks. The calculated oxygen{2.9%o, 10.3%o(quartz: 7.9%o, 8.9%o, calcite: 2.9%o, 10.3%o)}, hydrogen(-75%o) and carbon(-7.0%o, -5.9%o) isotope compositions indicate that hydrothermal fluids may be meteoric origin with some degree of mixing of another meteoric water for paragenetic time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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