Chapitre 2. Gisements magmatiques 2.1. Introduction année 2014-15 Les grands types de magmas (et leur contenu en métaux) ³ Les principaux types de magmas sont définis par la composition chimique : ³ Magma basique ³ SiO2 : 45-52 %poids (+) Fe, Mg, Ca (-) Na, K ³ Roches : basalte, gabbro ³ Magma intermédiaire ³ SiO2 : 52-65 %poids (±) Fe, Mg, Ca, Na, K ³ Roches : andésite, granodiorite ³ Magma acide ³ SiO2 : 65-75 %poids (-) Fe, Mg, Ca (+) Na, K ³ Roches : granite, rhyolite année 2014-15 1 Les magmas (1) ³ Magmas basaltiques ³ un seul mécanisme de formation : fusion partielle du manteau : lherzolite → magma basaltique + harzburgite ³ de multiples sites de production : ³ rides médio-océaniques, arcs insulaires, bassins arrière-arc, points chauds, trapps, plateaux océaniques, rifts continentaux ³ Komatiites : issues de la fusion partielle du manteau à l’Archéen année 2014-15 Les magmas (2) ³ Magmas intermédiaires ³ domaines orogéniques (arcs insulaires, cordillères liées à une subduction) ³ issus de la différenciation de magmas basiques (cristallisation fractionnée) ou par fusion de la croûte océanique subductée et hydratée année 2014-15 2 Les magmas (3) ³ Magmas granitiques : ³ larges spectres de composition ³ processus de formation et sites de mise en place très variés : ³ différenciation extrême de magmas basiques (rides océaniques) ³ fusion partielle de la croûte continentale et contamination (cordillères liées aux subductions) ³ empilement d’unités continentales, fusion partielle (collision continentale) année 2014-15 Les magmas (4) ³ Magmas alcalins : ³ beaucoup plus rares ³ pauvres en SiO2, riches en Na, K et Ca ³ néphélinite : feldspathoïde + carbonates ³ fusion partielle du manteau avec des taux de fusion très faibles (2%) et forte P(CO2) ³ source : manteau fertile métasomatisé ³ kimberlites : magmas ultramafiques riches en K2O. Sources de diamants année 2014-15 3 Magmas et métaux ³ Magmas basiques : ³ Eléments sidérophiles et chalcophiles ³ Ni, Co, Cr, V, Pt, EGP, Cu, Au ³ Magmas intermédiaires : ³ pas de signature métallique particulière ³ Magmas acides : ³ éléments lithophiles (Li-Be-F) ³ Sn-W-U (type « S ») ³ Cu-Mo-Pb-Zn-Au (type « I ») année 2014-15 Magmas et métaux (2) ³ Magmas alcalins : ³ Cu-Fe-P-Zr-Nb-REE-F-U-Th ³ cas particulier des kimberlites (diamants) année 2014-15 4 Processus de minéralisation ³ Magmatisme basique et ultrabasique : ³ peu de fluides => peu d’hydrothermalisme ³ processus purement magmatiques (crist. fractionnée) ³ => gisements « magmatiques » ³ Magmatisme acide : ³ peu de cristallisation fractionnée ³ beaucoup de fluides ³ =>g. « hydrothermaux à affiliation magmatique » ³ Magmatisme alcalin : ³ le cas des diamants (cf cours « pierres précieuses ») année 2014-15 Magmas basiques / ultrabasiques ³ Origine mantellique (fusion partielle) : ³ manteau supérieur (ride médio-océanique) : ³ basaltes tholéiitiques ou alcalins ³ manteau inférieur (point chaud) ³ grandes chambres magmatiques différenciées ³ basaltes des plateaux (trapps) ³ Enrichis en Ni, Cu, EGP ; pauvres en S ³ Rôle de la contamination (S, Si) année 2014-15 5 Les différents types de gisements ³ Les complexes lités + basaltes des plateaux(Cr+Ni+EGP) ³ Le plutonisme et volcanisme effusif archéens (komatiites) (Ni+Cu) ³ Les anorthosites à Ti et Ni+Cu ³ Les ophiolites à chromite (Cr) année 2014-15 Chapitre 2. Gisements magmatiques 2.2. Complexes lités (stratiformes) 2.2.a. Données générales année 2014-15 6 Complexe lité ³ Magmatisme continental (pulses) ³ Point chaud, rifts continentaux ³ Cr (75%), Ni, V, EGP ; apatite ³ Forme caractéristique en entonnoir Séries marginales Roches mafiques Séries litées Roches ultramafiques Minéralisation stratiforme année 2014-15 Skaergaard Plagio+Ol+Fe-Augite+mt+ap Plagio+Ol +Augite+mt Plagio+Ol Plagio+Ol(+Augite) http://www.geus.dk/minex/go08-dk.htm année 2014-15 7 Ppaux complexes stratiformes Nom Âge Localisation Superficie (km2) Bushveld Précambrien Afrique du Sud 66000 Dufek Jurassique Antarctique 50000 Duluth Précambrien Minnesota 4700 Stillwater Précambrien Montana 4400 Muskox Précambrien Canada 3500 Great Dike Précambrien Zimbabwe 3300 Kiglapait Labrador 560 Groenland 100 Précambrien Skaergård Eocène année 2014-15 Le complexe du Bushveld ³ Le plus grand complexe stratifié du monde (67000 km2) ³ Forme de sill (lopolithe) année 2014-15 8 Bushveld Le plus grand : 300-400 km x 9 km The Red Granite intruded 50-100 Ma afterwards Carte géologique simplifiée du complexe de Bushveld. Willemse (1964) Wager et Brown (1968) Irvine et al. (1983). année 2014-15 Chromitites année 2014-15 9 Le complexe du Bushveld ³ Le plus grand complexe stratifié du monde (67000 km2) ³ Forme de sill (lopolithe) ³ 75 % des réserves mondiales de Cr ³ 14 niveaux de chromitites année 2014-15 Ressources Naturelles Métallogénie - Gîtologie année 2014-15 Centenaire de la Society of Economic Geologists 10 Chapitre 2. Gisements magmatiques 2.2. Complexes lités (stratiformes) 2.2.a. Données générales année 2014-15 Le complexe du Bushveld ³ Le plus grand complexe stratifié du monde (67000 km2) ³ Forme de sill (lopolithe) ³ 75 % des réserves mondiales de Cr ³ 14 niveaux de chromitites année 2014-15 11 Bushveld : minéralisations (1) Granite et rhyolite Niveaux de magnétite Ferrogabbronorite Upper Zone Gabbronorite Main Zone Niveaux de chromitite (Cr) UG MG LG Norite+Anorthosite Critical Zone Orthopyroxite Lower Zone Harzburgite année 2014-15 La chromite ³ Appartient au groupe des spinelles : ³ (A2+)(B3+)2O4 ³ Chromite : (Fe2+)Cr2O4. Cr = 44-48% ³ Magnésio-chromite : (Fe2+,Mg)Cr2O4 ³ Magnétite : (Fe2+)(Fe3+)2O4 1500 Olivine 1300 Orthopyroxène 900 Clinopyroxène 800 Chromite Magnétite Dunite Anorthite Norite Gabbro Albite année 2014-15 12 Bushveld : minéralisations (2) Granite et rhyolite Niveaux de magnétite Upper Zone Main Zone Merensky Reef (EGP) Niveaux de chromitite (Cr) UG MG LG Critical Zone Ferrogabbronorite Gabbronorite Norite+Anorthosite Orthopyroxite Lower Zone Harzburgite année 2014-15 Merensky Reef : Bushveld ³ 80 % des réserves mondiales d’EGP ³ Sulfures métalliques : ³ chalcopyrite : FeCuS2 ³ pentlandite : (FeNi)9S8 ³ sulfures d’EGP : braggite=(Pt,Pd,Ni)S, … ³ + alliages métalliques d’EGP ³ Signature crustale nette (87Sr/86Sr)0 ³ Injection d’un nouveau magma année 2014-15 13 Chapitre 2. Gisements magmatiques année 2014-15 2.2. Complexes lités (stratiformes) 2.2.b. Origine des litages Origine des litages (1) ³ Les magmas basiques présentent : ³ une « faible » viscosité ³ un fort contraste de densité entre minéraux formés (>3) et liquide (2,6) ⇒ efficacité de la séparation par gravité ⇒ cumulats au fond de la chambre ³ Répartition des métaux en fonction de leur caractère compatible/incompatible année 2014-15 14 Complexes stratifiés et minéralisations ρmagma~2,6 Magma ρcristaux~3,0 Magma Cristallisation • Concentration des éléments compatibles dans les minéraux • ↓ concentration dans le liquide année 2014-15 Cristallisation fractionnée et minéralisations ³ Eléments compatibles : ³ affinité pour les solides (Ol, Px, Ca-Pl) ³ paramètre : coefficient de partage concentration dans le solide D= concentration dans le liquide c liq = F( D−1) c0 € S L F = %poids de liquide résiduel année 2014-15 € 15 Distribution des éléments traces 100 D=0,1 Eléments incompatibles 10 C(liq)/c0 ³ Evolution du rapport c(liq)/c0 du liquide résiduel en éléments en fonction du coefficient de partage Cristallisation D=0,01 D=1 1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 D=2 D=5 D=10 0,1 F année 2014-15 Complexes stratifiés et minéralisations Magma Magma Magma niveaux enrichis en éléments compatibles Cristallisation Formation d’un cumulat année 2014-15 16 Origine du litage (2) in Robb (2007) année 2014-15 Contamination précoce Nouvelle injection de magma primaire (plus dense) in Robb (2007) année 2014-15 17 Contamination tardive Nouvelle injection de magma primaire (moins dense) in Robb (2007) année 2014-15 Chapitre 2. Gisements magmatiques 2.3. Gisements magmatiques formés par immiscibilité liquide-liquide année 2014-15 18 Gisements liés à des coulées ou complexes basiques-ultrab. ³ Trois environnements : ³ plate-forme continentale : effusion de basaltes tholéiitiques et de basaltes alcalins. Empilements de sills, coulées de 10 m sur parfois 300 m. Mnéralisation massive (5 à 25 m) ou disséminée continentaux (Noril’sk, RUS) ³ bassin océanique : volcanisme fissural (Thompson, CAN) ³ troctolite intrudant le socle gneissique et la suite anorthositique associée (Voisey’s Bay, CAN) année 2014-15 Gisement de Noril’sk (Russie) ³ Basaltes de plateau (Sibérie) ³ Âge permien à Trias ³ Superplume sous la Laurasie ³ Intrusions en sills de 5 à 50 m d’épaisseur ³ Pd (3/4 production mondiale), Cu, Ni, EGP ³ Amas de sulfures massifs année 2014-15 19 Les komatiites ³ Roches effusives riches en Mg (18 à 32%) ³ Fusion partielle du manteau à 200-400 km ³ Contexte de point chaud : ³ Âge fini-Archéen (2,9 à 2,7 Ga) (Greenstone Belts) ³ Environnements de rifts au PaléoProtérozoïque ³ Principales réserves de Ni au monde année 2014-15 Les komatiites ³ Intrusions synvolcaniques : ³ coulées épaisses (km) et étendues ³ sills parfois différenciés (péridotites et dunites à la base, gabbros vers le sommet) Coulées Cheminée Sill Minéralisation Chambre en forme de sill année 2014-15 20 Minéralisations ³ Plusieurs types d’amas : ³ extrêmités de coulées : petits amas riches ³ proximaux : grands gisements disséminés ³ lentilles dans les sills ³ Minéralogie : ³ sulfures : pyrrhotite, pentlandite (Fe,Ni)9S8, chalcopyrite, pyrite, sphalérite ³ magnétite, calcite ³ Exemple : Kambalda (Australie) année 2014-15 Complexes effusifs de komatiites année 2014-15 21 Processus ³ Contamination par le soufre : ³ immiscibilité liquide - liquide Système FeO-FeS-SiO2 année 2014-15 Immiscibilté dans le système FeO-FeS-SiO2 Liquide 1 : FeO-SiO2-εFeS Liquide 2 : FeS-SiO2-εFeS Con o de année 2014-15 22 Comportements des éléments 2 liquides immiscibles Magma silicaté Liquide silicaté Liquide sulfuré Eléments chalcophiles • Contamination par du S de l’encaissant K= • Séparation par gravité [Elt ]liquide silicaté [Elt ]liquide sulfuré année 2014-15 € Coefficients de partage liquide sulfuré/liquide silicaté Ni Cu Co Pt Pd komatiite (magma ultrabasique archéen) 27% MgO 100 250-3000 40 104-105 104-105 19% MgO 175 250-2000 60 104-105 104-105 250-2000 80 104-105 104-105 magma basique 275 année 2014-15 23 Dépôts de sulfures magmatiques année 2014-15 Chapitre 2. Gisements magmatiques 2.5. Conclusions année 2014-15 24 Conclusions ³ Présence d'un magma ³ source : fusion partielle du manteau / croûte ³ nature de la source : appauvrie, enrichie ³ vecteur ³ Processus essentiel : séparation de phases ³ solide / liquide : ³ liquide / solide : fusion partielle cristallisation fractionnée différenciation ³ liquide silicaté / sulfuré : ségrégation ³ liquide / fluide : exsolution (hydrothermalisme) année 2014-15 Dépôts magmatiques Type Processus Description Métaux Cumulats Cristallisation fractionnée ± contamination Alternances de niveaux de chromitite et des roches ultrabasiques Cr (EGP) Ségrégation magmatique Immiscibilité liquide/liquide Niveaux à la base des chambres ou coulées magmatiques Ni-Cu±Co EGP Cheminées Diamant Kimberlites Granites Pegmatites Cristallisation Be-Li-Sn-WRb-Cs-Nb-TaREE-U Filons veines pierres précieuses année 2014-15 25
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