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PÉTROGRAPHIE ET MÉTHODOLOGIE
Dans ce chapitre, la première partie traite de la pétrographie, nous ferons une brève description générale de la pétrographie observée dans la zone Alexo et la zone Hart. Plus de détails sur la pétrographie peuvent être trouvés dans les thèses de doctorat de Sarah-Jane Barnes (1983) et Michel Houlé (2008) et aussi dans Barnes et al. (1983) et Barnes (1985). L’accent sera mis sur la description pétrographique des chromites (morphologie, position, altération, etc.). La deuxième partie présente la méthodologie ainsi que les techniques d’analyses géochimiques utilisées.
Pétrographie
La zone Alexo
À Alexo, le métamorphisme a transformé en grande partie la minéralogie primaire, cependant les textures magmatiques demeurent pratiquement intactes et parfois quelques reliques d’olivines fraiches sont encore présentes. Le métamorphisme est au faciès prenhite-pumpellyite à schiste vert inférieur. De façon générale, 4 lithologies principales ont été identifiées :
– Les komatiites péridotitiques à texture de cumulat
– Les komatiites péridotitiques à texture spinifex
– Les komatiites pyroxénitiques à texture de cumulat
– Les komatiites pyroxénitiques à texture spinifex
Pour les échantillons de la zone Alexo, des minéralisations en sulfures sont présentes à la base des coulées komatiites, on les retrouve sous forme de lentilles de sulfures massifs ou bien sous forme disséminés, ou en texture de filet dans les komatiites peridotitiques à texture de cumulat et les komatiites pyroxénitiques à texture de cumulat. Il n’y a pas de minéralisation en sulfures observées dans les lithologies à texture spinifex. Les sulfures massifs sont décrits comme une lithologie secondaire.
Les komatiites péridotitiques
À texture de cumulat
Les komatiites péridotitiques à texture de cumulat correspondent à des orthocumulats à méso-cumulats d’olivine. La proportion d’olivine et de liquide interstitielle varie de façon graduelle et répétée à travers les coulées komatiitiques, et l’abondance d’olivine semble diminuée près du contact basal (Naldrett, 1966). L’observation des lames minces montrent que les olivines constituent la phase principale toujours au-dessus de 50% en proportion modale jusqu’à environ 80% dans certains échantillons. Les olivines des komatiites péridotitiques à texture de cumulat se retrouvent sous la forme de grains automorphes de 0,5 à 2 mm de diamètre. Les grains d’olivine sont presque en totalité transformés en serpentine, avec parfois quelques portions d’olivine préservées. La matrice est composée de pyroxènes interstitiels et de verre recristallisé en partie transformé en chlorite.
Certains échantillons des komatiites péridotitiques à texture de cumulat présentent des sulfures, la quantité de sulfures augmente plus l’on se rapproche des lentilles de sulfures massifs. Dans les cumulats d’olivine, les sulfures se retrouvent dans la matrice sous formes disséminés ou bien en texture de filet. La pyrrhotite est la phase sulfurée la plus importante avec environ 70-80 % des sulfures observés, suivis de la pentlandite avec environ 20-30 % des sulfures observés, la chalcopyrite et la pyrite constituent des phases sulfurées accessoires.
À texture de spinifex
Les komatiites péridotitiques à texture de spinifex présentent environ 70-90% d’olivines de forme squelettiques, de lames ou bien d’aiguilles de tailles allant d’environ 1 mm jusqu’à pluricentimétriques et qui sont maintenant presque entièrement transformées en serpentine. Quelques pyroxènes (augite) en lames ou dendritiques sont également observés. La matrice constitue 10-30% et elle est principalement composée de verre recristallisé, presque entièrement transformé en chlorite. L’observation des lames minces n’a pas mis en évidence la présence de sulfures dans les échantillons des komatiites péridotitiques à texture spinifex.
Les komatiites pyroxénitiques
À texture de cumulat
Les komatiites pyroxénitiques correspondent à des ortocumulats à méso-cumulats d’olivine et de clinopyroxène. Les olivines restent la phase principale avec environ 30-40 % en proportion modale, et sont sous forme de grains automorphes de 0,5 à 2 mm de diamètre. Les olivines sont presque entièrement transformées en serpentine. Les clinopyroxènes (augites), constituent environ 20-30% et sont sous forme de grains automorphes ou bien de lames de 1 à 2 mm et ils sont presqu’entièrement transformés en chlorite. La matrice est principalement composée de verre recristallisé et transformé en chlorite, avec quelques pyroxènes éparses et parfois des plagioclases.
Certains échantillons des komatiites pyroxénitiques à texture de cumulat présentent des sulfures, la quantité de sulfures augmente plus l’on se rapproche des lentilles de sulfures massifs. Dans les lames minces, les observations sur les sulfures sont les mêmes que pour les échantillons des komatiites péridotitique à texture de cumulat. C’est-à-dire que les sulfures se retrouvent dans la matrice sous forme disséminés ou bien en texture de filet. La pyrrhotite est la phase sulfurée la plus importante avec environ 70-80 % des sulfures observés, suivis de la pentlandite avec environ 20-30 % des sulfures observés, la chalcopyrite constitue une phase sulfurées accessoire.
À texture de spinifex
Les komatiites pyroxénitiques à texture spinifex sont composées de grains d’olivine et de clinopyroxènes de 1 mm jusqu’à plusieurs cm, sous forme squelettique ou bien de lames ou d’aiguilles. Les olivines sont transformées en serpentine et les clinopyroxènes en chlorite. Certains échantillons ne sont composés que de lames de clinopyroxènes (Pyroxene Flow). La matrice est principalement composée de verre recristallisé transformé en chlorite. L’observation des lames minces n’a pas mis en évidence la présence de sulfures dans les échantillons des komatiites pyroxénitiques à texture spinifex.
Les sulfures massifs
Les sulfures massifs à Alexo se retrouvent à la base d’une coulée komatiitique, sous forme de lentilles allongées, ils sont composés de plus de 85% de sulfures, avec quelques inclusions de komatiites. Les phases sulfurées des sulfures massifs sont les mêmes que pour les sulfures disséminés, la pyrrhotite est la phase sulfurée la plus importante avec environ 70-80% des sulfures observés, suivis de la pentlandite avec environ 20-30 % des sulfures observés, la chalcopyrite et la pyrite constituent des phases sulfurées accessoires. La pentlandite est le principal minéral porteur de nickel. La chromite, mais aussi de la magnétite sont présentes comme phases accessoires.
La zone Hart
Pour la zone Hart, le métamorphisme est au faciès schiste vert supérieur à amphibolite. La minéralogie magmatique a été transformée, pour certains échantillons les textures magmatiques ont été préservées, mais pour d’autres la texture magmatique a été complètement oblitérée par le métamorphisme. Globalement les komatiites de la zone Hart présentent les mêmes assemblages minéralogiques primaires que la zone Alexo, les échantillons sélectionnés de la zone Hart correspondent aux lithologies des komatiites peridotitiques à texture de cumulat. Cependant la matrice est parfois remplacée par de la chlorite, du talc, de la tremolite et des carbonates qui viennent complètement détruire les textures magmatiques dans certains échantillons. Un seul échantillon à Hart contient des sulfures, avec la pyrrhotite et pentlandite comme phase principale et la chalcopyrite et pyrite comme phases accessoires.
Les chromites
Les chromites sont présentes dans toutes les lithologies présentées précédemment, comme une phase accessoire en faible proportion, environ 1% ou moins en proportion modale dans nos échantillons. Il ne semble pas y avoir de différence visuellement dans la quantité de chromite présentes dans les komatiites péridotiques à texture de cumulat, les komatiites péridotitiques à texture spinifex et les komatiites pyroxénitiques à texture de cumulat. En revanche, les komatiites pyroxénitiques à texture spinifex semblent visuellement contenir moins de chromites que les autres lithologies. Les morphologies des chromites sont très similaires à celles observées dans les différentes unités komatiitiques partout dans le monde (Barnes, 1998). Le type de morphologie dépend principalement de la texture de la roche (spinifex et cumulat), la taille des grains varie d’une dizaine de μm à environ 200μm. Typiquement, les chromites des zones à texture spinifex présentent des grains automorphes à sub-automorphes et des grains squelettiques (Fig. 3.1A). Les chromites des zones à cumulats présentent des grains automorphes à sub-automorphes et peuvent être distribués en amas de plusieurs grains jusqu’à quelques dizaines (Fig. 3.1B). Des grains de chromites apparaissent aussi en inclusion dans certaines olivines.
Certains grains de chromite présentent des évidences d’altération dues au métamorphisme. Cette altération s’exprime par une bordure de ferritchromite ou de magnétite entourant un coeur de chromite préservé. La zone Alexo ne présente que des grains préservés et qui ne montrent pas de traces d’altération, seulement un échantillon présente des chromites légèrement altérées en magnétite (Ax33), avec environ 20% des chromites transformées en magnétites. Pour la zone Hart en revanche, presque la totalité des grains de chromite sont affectés. Le degré d’altération varie d’une simple frange (≈ 1% du grain transformé), jusqu’à la totalité du grain transformé en magnétite (Fig. 3.1C). La partie préservée des chromites est considérée comme assez représentative de la chimie primaire des chromites avant l’effet du métamorphisme, c’est pourquoi, seuls les coeurs préservés ont été analysés (en évitant toute fracture et/ou inclusion).
Les lithologies à sulfures massifs contiennent aussi des chromites comme phase accessoire (environ 1%). Les grains de chromites sont automorphes et équigranulaires (Fig. 3.1D), ces grains ont vraisemblablement cristallisé à partir du liquide sulfuré. Houlé et al. (2012) ont également rapporté des grains de chromites squelettiques le long de la bordure basale entre les sulfures massifs et la roche encaissante (footwall).
Toutes ces observations suggèrent que la morphologie des chromites est clairement dépendante des conditions de refroidissement à l’intérieur de chaque unité komatiitique (Barnes, 1998).
Méthodologie
Introduction et historique
La méthodologie mise en place pour ce projet a consisté à effectuer une série d’analyses géochimiques afin de comprendre le comportement des éléments traces et des EGP dans la chromite et aussi dans un magma komatiitique. Il a été réalisé et sélectionné 54 lames minces polies, dont 48 provenant de la zone Alexo et 6 provenant de la zone Hart. Les échantillons de Hart ont été retenus afin de contrôler l’effet d’un métamorphisme plus important sur la composition géochimique des chromites. Ensuite, après les observations pétrographiques, entre 4 et 6 grains de chromites par lames minces ont été sélectionnés pour effectuer des analyses in situ. Les grains ont été sélectionnés de façon à être d’une taille suffisante (≥40μm) pour une analyse par ablation laser. Des analyses sur roche totale ont également été effectuées afin de réaliser des bilans de masse. Les tableaux 1, 2 et 3 présentent la liste des échantillons ainsi que les analyses effectuées par échantillon.
Analyses sur roche totale
Des analyses sur roche totale ont été effectuées sur la majorité des échantillons. Cependant, pour certaines lame minces sélectionnées, il n’y avait pas ou plus assez d’échantillon disponible pour réaliser des analyses sur roche totale (voir tableaux 1 à 3). Les éléments majeurs ont été analysés par XRF à « Activation Laboratories LTD » pour une partie des échantillons et à « Geoscience Laboratories (Ontario) » pour l’autre partie. Les éléments traces ont été analysés à « Geoscience Laboratories » en effectuant des digestions multi-acides et des analyses des solutions par ICP-MS. Les éléments du groupe du platine (EGP) et l’Au ont été analysés par la méthode de « Nickel Sulfur Fire-Assay », à « Geoscience Laboratories » pour une partie des échantillons et au LabMaTer à l’Université du Québec à Chicoutimi (UQAC) pour l’autre partie. Enfin le S a été analysé par combustion avec la fournaise EMIA au LabMaTer et à « Geoscience Laboratories ».
Analyses minérales
Après l’observation pétrographique des lames minces et la sélection des grains de chromites, des analyses minérales ont d’abord été effectuées par microsonde électronique (EMP) de type CAMECA SX100 à l’université Laval (Québec). Les conditions analytiques
de la microsonde étaient de 15kv et 20 nA, avec un faisceau de 2 μm de diamètre. Ces analyses ont été réalisées dans le but de déterminer les concentrations en éléments majeurs de la chromite, notamment le Fe qui sert d’élément de calibration pour les analyses au LA-ICP-MS.
Ensuite, pour déterminer les concentrations des éléments traces et EGP, des analyses par ablation laser ont été réalisées à UQAC au laboratoire LabMaTer avec un système d’ablation laser RESOlution M-50 (Excimer 193nm) couplé à un ICP-MS Agilent 7700x. Un trou est percé à travers la chromite d’un diamètre de 33 à 100μm selon la taille du grain. La fréquence du laser est de 15 Hz pour une puissance de 5 mJ par impulsion. L’ablation est réalisée en utilisant de l’hélium de haute pureté qui est introduit dans la cellule d’ablation au rythme de 650ml / min. Un débit d’azote de 1ml / min est ajouté sur la ligne, ensuite de l’argon sert de gaz porteur (0.7 à 0.9ml / min). Des matériaux de référence riches en fer sont utilisés pour calibrer l’ICP-MS, le fer étant l’élément de calibration. Pour la majorité des éléments traces dans les oxydes, le laboratoire LabMaTer de l’UQAC utilise pour la calibration un verre synthétique GSE-1g développé par la commission géologique des États-Unis. Pour les concentrations en EGP et S c’est un sulfure synthétique, Laflamme (Po727) qui est utilisé pour la calibration. D’autres matériaux de référence sont aussi utilisés comme moniteurs afin de contrôler la qualité des analyses, un verre komatiitique naturel GOR-128G et également une chromite naturelle du manteau, M1A dont de nombreuses analyses ont été réalisées en interne à l’UQAC.
Une série de 34 éléments ont été sélectionnés pour être analysés au LA-ICP-MS. La liste suivante présente les isotopes utilisés pour déterminer ces éléments :
Afin de contrôler la présence possible d’inclusions (comme des silicates ou bien des sulfures) les éléments suivants ont aussi été analysés : 29Si, 34S, 42Ca, 75As et 88Sr. Certains éléments de la liste présentent plusieurs isotopes qui ont aussi été analysés pour contrôler la possibilité d’interférences et permettre de sélectionner l’isotope montrant les résultats les plus fiables. Par exemple, les résultats du 93Nb sont inutilisables, dû à une interférence massique entre le 53Cr qui est le constituant majeur de la chromite et le gaz porteur 40Ar, cette interférence vient donc biaiser le signal de façon importante. Les éléments majeurs de la chromite comme le Cr, l’Al et le Mg sont aussi mesurés afin de s’assurer que le signal provient bien de la chromite. Cependant les concentrations retenues pour ces éléments majeurs sont celles mesurées à la microsonde électronique.
Les limites de détection sont calculées par le logiciel de traitement Iolite et vont varier en fonction de plusieurs paramètres, principalement selon la taille du faisceau mais aussi selon la fréquence et la puissance utilisées pour le laser. Ces paramètres vont influer sur la quantité de matériel envoyé dans l’ICP-MS pour l’analyse. La calibration de l’ICP-MS peut aussi avoir un effet sur les limites de détection, c’est-à-dire que les limites peuvent légèrement varier d’une journée d’analyse à l’autre. Le tableau 4 présente les limites de détection moyennes, minimales et maximales obtenues pour chacun des éléments traces analysés au laser. Il est à noter que parmi la liste des éléments, As, Y, Pd, Sb, Ta et Pt montrent des concentrations dans les chromites presque systématiquement en dessous des limites de détection. Pour Zr, Mo, Rh, In, Sn, Sb, Hf, Os et Ir, les concentrations sont globalement au-dessus des limites de détection, mais une partie des données sont en dessous des limites de détection. Le reste des éléments montrent des concentrations largement au-dessus des limites de détection.
Génération des résultats des analyses au LA-ICP-MS
Une analyse est d’une durée d’environ 75 s. Les 30 premières secondes servent à mesurer le bruit de fond lié aux gaz. Puis l’ablation laser du grain de chromite commence pour une durée maximale de 30 s ou bien jusqu’à ce que la chromite soit percée et que l’on obtienne un pic en Si ou en S dépendamment des minéraux qui entourent le grain (silicates, sulfures ou bien verre de lame mince). Les 15 dernières secondes servent de tampon pour laisser le signal retourner à son niveau initial (Fig. 3.2). Ensuite, afin de générer les données des concentrations, le signal obtenu est traité avec le logiciel Iolite. Les données brutes pour chaque élément sont en coups par seconde en fonction du temps. Le logiciel va permettre d’intégrer le signal sur la durée d’analyse choisie et de générer une concentration moyenne par élément. La durée d’analyse choisie pour intégration est manuellement sélectionnée afin d’éviter la présence d’inclusions et de s’assurer que le signal n’est que celui de la chromite. La figure 3.2 présente les signaux obtenus après l’ablation d’une chromite pour différents éléments comme le Cr, le V, le Ti et aussi pour certains EGP. Le signal pour le Ru apparait de façon claire et continue, tandis que pour l’Os et l’Ir, le signal est plus faible, mais toujours présent de façon continue.
Introduction et présentation des résultats
Pour la présentation des résultats, les chromites ont été regroupées suivant leur faciès lithologique, c’est-à-dire en fonction de la texture magmatique, de la minéralogie mais aussi du niveau d’altération. Tout d’abord, un regroupement est fait pour les chromites des échantillons à texture de cumulat et à texture spinifex. Ensuite dans ces regroupements, une distinction a été faite lorsqu’une proportion significative de pyroxène a été observée, car cela correspond généralement à un magma plus évolué et un impact est possible sur la géochimie des chromites. Puis, les échantillons ont été regroupés en fonction de la présence ou l’absence de sulfures dans les lames minces afin d’observer s‘il y a un effet sur la géochimie des chromites. Enfin, les chromites de la zone Hart constituent le groupe altéré, et les échantillons sont aussi distingués par la présence de sulfures ou non.
Ainsi on retrouve les catégories d’échantillons suivants (n correspond au nombre de chromites analysées pour une catégorie) :
Les échantillons non minéralisés (sans sulfures) :
– Les cumulats d’olivine n = 46
– Les cumulats d’olivine et pyroxène n = 17
– Les spinifex d’olivine (n = 31)
– Les spinifex à pyroxène (n = 7)
Les échantillons minéralisés (avec sulfures) :
– Les cumulats d’olivine avec sulfures disséminés (n = 29)
– Les cumulats d’olivine et pyroxène avec sulfures disséminés (n = 9)
– Les sulfures massifs (n = 10)
Les échantillons de la zone Hart (pôle altéré) :
– Les chromites de Hart (n = 20)
– Les chromites de Hart avec sulfures disséminés (n = 5)
Ces différents regroupements seront utilisés tout au long des Chapitres 4 et 5 et apparaissent la sous forme de symboles qui sont présentés dans la légende suivante :
Analyses sur roche totale
Les résultats des analyses sur roche totale sont présentés en deux parties sous la forme de diagrammes binaires : les éléments majeurs, mineurs et traces en fonction de MgO, et les EGP en fonction de MgO et du Cr. Le MgO est utilisé car il est un des oxydes les plus abondant dans les komatiites, jusqu’à 45 % poids dans certains échantillons des cumulats à olivine. Les EGP sont également présentés en fonction du Cr, afin de vérifier un lien potentiel avec les chromites. Les échantillons représentant les sulfures massifs ne sont pas représentés dans les diagrammes en fonction du MgO dû à un manque de données.
Les résultats sont discutés de façon qualitative et comparative en fonction de la minéralisation et des différents faciès lithologiques. Plus particulièrement, les observations sont regroupées selon les échantillons non minéralisés, minéralisés ou bien altérés et une description des différences et similitudes entre les faciès lithologiques est faite. Les résultats sont aussi discutés selon l’observation ou non de corrélations dans les diagrammes et les implications sur l’histoire de cristallisation. Pour les valeurs quantitatives le lecteur est renvoyé au tableau 5, qui présente les variations de concentration des différents éléments analysés pour chaque faciès lithologique.
Éléments majeurs et mineurs
Les échantillons non minéralisés
Pour les échantillons non minéralisés, le CaO, Al2O3, TiO2, Ga, Sc et V présentent de fortes corrélations linéaires négatives avec MgO, pour un coefficient de corrélation R2 compris entre 0,88 et 0,96 (Fig. 4.2 A à F). Le SiO2 et le Fe2O3, présentent de faibles corrélations linéaires négatives avec MgO pour un coefficient de corrélation R2 respectivement 0,24 et 0,31 (Fig. 4.3 A et C). Le Zn et le Cu ne présentent pas de corrélations claires mais semblent suivre une tendance négative avec MgO mais pour un R2 très faible, respectivement de 0,06 et de 0,15 (Fig. 4.3 B et D). Le Ni et le Co montrent des corrélations linéaires positives avec MgO avec un R2 de 0,85 et 0,21 respectivement (Fig. 4.3 E et F). Le MnO, le Cr et le S ne montrent pas de corrélation ni de tendance particulière avec MgO (Fig. 4.4 A à C).
Ces corrélations sont l’illustration de l’évolution du liquide magmatique lors de la cristallisation fractionnée qui est dominée par la cristallisation et l’accumulation d’olivine représentant la phase la plus importante. Pour les fortes corrélations négatives, ces éléments étant peu compatibles dans l’olivine, leur concentration dans le liquide augmente à mesure que l’olivine cristallise et que le contenu en MgO diminue. Pour les corrélations positives, le Ni étant compatible dans l’olivine et le Co légèrement compatible (respectivement DNi ≈ 2 et DCo ≈ 1,1 ; Sproule et al., 2005) leur concentration dans le liquide va donc diminuer avec la diminution de MgO. Cette évolution du liquide est aussi illustrée par l’évolution des facies lithologiques, avec dans l’ordre, les cumulats d’olivine qui constituent le pôle le moins évolué avec les plus fortes concentrations en MgO (30-45 % poids MgO), suivis des spinifex d’olivine (24-35 % poids MgO), puis des cumulats à olivine et spinifex (19-21 % poids MgO), et enfin des spinifex à pyroxène (≈ 12 % poids MgO) qui constituent le pôle le plus évolué avec les plus faibles concentrations en MgO et les plus élevées en CaO, Al2O3, Sc, TiO2 et V.
Pour les corrélations légèrement négatives ou bien l’absence de corrélation, le coefficient de partage global doit être proche de 1, et dans ce cas, l’olivine n’est pas la phase principale qui contrôle l’évolution de ces éléments. Ceci est particulièrement vrai pour Zn, Cu et S qui sont des éléments bien plus compatibles dans les sulfures que dans l’olivine avec des coefficients de partage dans les sulfures de plusieurs ordres de grandeur supérieurs. La grande variabilité des concentrations en MnO mais aussi dans une certaine mesure, en Cu, Zn, Co, Fe2O3 et CaO suggère aussi une plus grande mobilité de ces éléments durant l’altération et le métamorphisme, même avec une faible intensité.
Les échantillons minéralisés
Pour les échantillons minéralisés, seul SiO2 montre une corrélation positive avec MgO (Fig. 4.3 A) et Fe2O3 une corrélation négative avec MgO (Fig. 4.3 C). Ces corrélations ne sont observées que pour les échantillons des cumulats à olivine avec sulfures disséminés, elles illustrent directement les proportions de silicates et de sulfures présents. Le SiO2 exprime directement la présence de silicate et sa concentration diminue avec celle de MgO à mesure que la proportion de sulfures augmente. Le Fe2O3 plus présent dans les sulfures suit l’évolution inverse. Les échantillons des cumulats à olivine et pyroxène avec sulfures disséminés montrent des concentrations plus fortes en CaO, Al2O3, TiO2, Ga, Sc, V et SiO2 et plus faibles en Ni et S par rapport aux échantillons des cumulats à olivine avec sulfures disséminés (Figs. 4.2 à 4.4).
Éléments du groupe du platine
Pour les EGP, 48 échantillons sont présentés, excepté pour l’élément Os dont seulement 16 échantillons ont été analysés en raison de contraintes de laboratoire.
Diagrammes binaires : EGP en fonction de MgO
Pour les échantillons non minéralisés, Os, Ir et Ru présentent des corrélations très légèrement positives avec MgO, avec un R2 de 0,51, 0,15 et 0,20 respectivement (Fig. 4.5 A à C). Tandis que Rh, Pt et Pd présentent des corrélations très légèrement négatives, avec un R2 de 0,11, 0,29 et 0,17 respectivement (Fig. 4.5 D à F). Ces corrélations font ressortir deux groupes parmi les EGP, ayant des comportements différents: les EGPI, éléments ayant le même comportement que l’Ir (Os, Ir et Ru) et les EGPP, éléments ayant le même comportement que le Pd (Rh, Pt, Pd). Les EGPI sont légèrement compatibles dans le liquide lors de la cristallisation fractionnée, avec un coefficient de partage global supérieur et proche de 1 (Puchtel et al., 2004), leur concentration dans le liquide va donc diminuer en même temps que la concentration en MgO diminue et que les premières phases (olivine ± chromite) cristallisent. Les EGPP sont incompatibles et leur concentration va donc augmenter dans le liquide résiduel à mesure que la cristallisation progresse et que la concentration en MgO diminue. Ces tendances observées entre les EGP et le MgO attestent du rôle de la cristallisation fractionnée dans l’évolution des concentrations de ces éléments dans le liquide magmatique. Cependant, les corrélations avec MgO restent légères avec des coefficients de corrélation assez faibles ce qui tend à dire que l’olivine joue seulement un rôle mineur et n’est clairement pas la seule phase ayant un contrôle sur le comportement des EGP en l’absence de sulfures.
Pour les échantillons minéralisés, excepté Os qui ne présente pas assez d’analyses pour être discuté, les EGP montrent tous des concentrations de un à deux ordres de grandeur supérieurs aux échantillons non minéralisés. Aucune corrélation claire ne ressort, cependant les concentrations en EGP tendent généralement à diminuer avec l’augmentation de MgO, ce qui illustre l’augmentation de la proportion de silicate et une diminution du contenu en sulfure. Les EGP étant bien plus solubles dans les sulfures que dans les silicates, leur concentration dans la roche est bien plus élevée à mesure que la proportion de sulfures augmente et que le MgO diminue (Fig. 4.5 A à F).
Les échantillons de la zone Hart, suivent le même comportement que les échantillons de la zone Alexo, suggérant que l’altération et le métamorphisme plus intenses à Hart ne semblent pas avoir un effet notable sur les concentrations en EGP de la roche (Fig. 4.5 A à F).
Diagrammes binaires : EGP en fonction de Cr
Parmi les EGP, seul le Ru présente une corrélation positive en fonction du Cr pour les échantillons non minéralisés, avec R2 = 0,40 (Fig. 4.6 C). Cette corrélation indique un lien probable avec les chromites qui constituent la phase principale qui contrôle le Cr. Pour les autres éléments, quelque soit le faciès lithologique, aucune tendance ou corrélation n’est observée. Les données sont éparpillées aléatoirement, indiquant que la chromite ne joue pas un rôle majeur dans le contrôle de ces éléments et que d’autres phases sont nécessairement impliquées (Fig. 4.6).
Analyses des chromites
Les éléments majeurs
Les Oxydes majeurs dans la chromite : Cr2O3, FeO, MgO et Al2O3 constituent pratiquement la totalité (> 98 % poids) de la composition chimique de la chromite. Dans la littérature, les spinelles, et donc les chromites, sont généralement présentés et classés dans des champs de compositions définis par les éléments majeurs. Pour la chromite, les éléments Cr, Al, et Fe3+ de valence 3+ et les éléments Mg et Fe2+ de valence 2+ sont généralement présentés et comparés. C’est pourquoi il est commun de présenter des analyses géochimiques de chromites dans des diagrammes binaires présentant le Cr# = (100*Cr/(Cr+Al)) en fonction du Fe2+# = (100*Fe2+/(Fe2++Mg)) (Barnes et Roeder, 2001) (Fig. 4.7). Un tableau récapitulatif présente les variations des concentrations des différents éléments analysés pour chaque faciès lithologique (Tableau 6).
À l’exception des sulfures massifs (Cr# > 95), les analyses des chromites de la zone Alexo et de la zone Hart montrent peu de variation du Cr#. Les chromites des échantillons non minéralisés ont un Cr# qui varie de 68 à 76 pour les cumulats à olivine (n = 44), de 70 à 73 pour les cumulats à olivine et pyroxène (n = 17), de 65 à 76 pour les spinifex à olivine (n = 33) et de 63 à 70 pour les spinifex à pyroxène (n = 7). Les chromites des échantillons minéralisés ont un Cr# qui varie de 69 à 75 pour les cumulats à olivines avec sulfures disséminées (n = 29) et de 71 à 74 pour les cumulats à olivine et pyroxène avec sulfures disséminées (n = 9). Les chromites des échantillons de la zone Hart ont un Cr# qui varie de 72 à 75 pour les échantillons altérés non minéralisés (n = 20) et un Cr# de 73 pour l’échantillon altéré minéralisé (n = 5).
Le Fe2+# présente des variations plus importantes. Les chromites des échantillons non minéralisés ont un Fe2+# qui varie de 35 à 58 pour les cumulats à olivine, de 53 à 68 pour les cumulats à olivine et pyroxène, de 31 à 60 pour les spinifex à olivine et de 35 à 43 pour les spinifex à pyroxène. Les chromites des échantillons minéralisés ont un Fe2+# globalement plus élevé que les chromites des échantillons non minéralisés avec un Fe2+# qui varie de 41 à 77 pour les cumulats à olivines avec sulfures disséminées, de 40 à 66 pour les cumulats à olivine et pyroxène avec sulfures disséminés, et de 65 à 84 pour les sulfures massifs. Les chromites des échantillons de la zone Hart ont un Fe2+# qui varie de 44 à 96 pour les échantillons altérés non minéralisés et un Fe2+# de 75 pour l’échantillon altéré minéralisé.
Ces résultats montrent, à l’exception des sulfures massifs, que les chromites de notre étude (zones Alexo et Hart) ont une composition assez similaire en éléments majeurs que les chromites d’autres komatiites dans le monde (Fig. 4.7 champs gris clairs). Les chromites des différents faciès lithologiques des zones Alexo et Hart, ont des concentrations similaires entre elles avec des Cr# montrant les mêmes variations (Tableau 6). Pour les chromites de la zone Alexo, les échantillons minéralisés présentent un Fe2+# globalement un peu plus élevé que les échantillons non minéralisés. Les chromites de la zone Hart montrent le Fe2+# le plus élevé. D’après Barnes (2000) le métamorphisme semble influer en priorité sur les compositions en éléments de valence 2+, qui entrent dans le site tétraédrique de la chromite. Ainsi, la forte variabilité du Fe2+# des chromites de la zone Hart reflèterait le degré d’altération subi par les chromites, avec un degré d’altération moins élevé pour celles avec un Fe2+# plus bas et un degré d’altération plus élevé pour celles avec un Fe2+# plus haut. Ceci se confirme lors de l’observation pétrographique des lames minces.
Les éléments mineurs et traces dans les chromites
Les résultats sont présentés sous la forme de diagrammes binaires entre le contenu en différents éléments dans les chromites et le Cr# ainsi que le Fe2+# (Figs 4.8 à 4.13). Ils sont discutés de façon qualitative et comparative. Plus particulièrement, les observations sont regroupées selon les chromites provenant des échantillons non minéralisés, minéralisés ou bien altérés (les chromites de la zone Hart et Ax33) et en fonction des différences et similitudes entre les faciès lithologiques. Les résultats sont aussi discutés selon l’observation ou non de corrélations et les implications sur l’histoire de cristallisation. Pour les valeurs quantitatives le lecteur est renvoyé au tableau 6, qui présente les variations de concentrations des différents éléments analysés pour chaque faciès lithologique.
Résultats
Échantillons non minéralisés
Pour tous les éléments mineurs et traces, les chromites des cumulats à olivine et les chromites des spinifex à olivine montrent les plus grandes variations de concentrations pour tous les éléments. (Figs 4.8 à 4.13 et Tableau 6). Les cumulats à olivine et pyroxène et les spinifex à pyroxène présentent des variations de concentrations plus petites, probablement dues au plus faible nombre d’échantillons. Leurs limites (max – min ; Tableau 6) sont presque toujours comprises à l’intérieur des limites des cumulats à olivine et des spinifex à olivine, à l’exception du Mg montrant des concentrations plus faibles pour les chromites des cumulats à olivine et pyroxène. Il est à noter que pour le Ti, deux points d’analyses présentent une concentration anormalement élevée (5500 et 9000ppm, Figs 4.10 A1 et A2). Cette anomalie reste inexpliquée, aucune trace d’inclusions ou bien d’autres anomalies de concentration avec d’autres éléments n’a été mis en évidence pour permettre d’exlure ces points d’analyses. Le Cu présente aussi des concentrations élevées pour deux échantillons (6 points d’analyses > 50 ppm, Fig 4.9 B1 et B2). Ces deux échantillons ont été analysés au laser la même journée sur la même cellule d’analyse laissant ainsi planner le doute d’un problème technique. Cependant aucune autre observation d’anomalie de concentration avec d’autres éléments n’a été constatée, ne permettant pas d’exlure ces points d’analyses.
De façon générale pour les chromites des échantillons non minéralisés, les éléments ayant un état de valence 3+ ou plus, montrent des corrélations linéaires avec le Cr# et les éléments ayant un état de valence 2+ montrent des corrélations linéaires avec le Fe2+#. Ainsi, aucune corrélation avec Cr# n’est observée pour Mg, Mn, Co, Zn, Cu et Ni (Figs 4.8 et 4.9). Le Ti , Sc et V présentent une corrélation linéaire négative avec Cr# avec un R2 de 0,24, 0,20 et 0,56 respectivement (Fig. 4.10 A, C et D). Le Ga qui est aussi à l’état de valence 3+ ne présente pas de corrélation avec Cr#, mais tout de même une tendance négative pour les chromites des spinifex à olivine (Fig. 4.10 B). Le Mn, Co et Zn présentent une corrélation linéaire positive avec le Fe2+#, avec un R2 de 0,70, 0,28 et 0,32 respectivement (Fig. 4.11 A à C). Le Ni présente une corrélation linéaire négative avec le Fe2+#, avec un R2 de 0,46 (Fig. 4.11 E). Le Cu, bien que de valence 2+, ne présente pas de corrélation avec le Fe2+#, même en exluant les échantillons de concentrations anormalement élevées (Fig. 4.11 D). Le Ti, Ga, Sc, V et Al ne montrent pas de corrélation avec Fe2+# (Figs 4.12 et 4.13). Le Cr, bien que de valence 3+, présente une corrélation négative avec le Fe2+#, avec un R2 de 0,36, cette corrélation exluant les chromites des spinifex à pyroxène (Fig. 4.13 C)
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Table des matières
CHAPITRE 1
INTRODUCTION ET PRÉSENTATION
1.1 Présentation du projet
1.1.1 Présentation et contexte
1.1.2 Pourquoi la chromite dans les komatiites
1.2 Problématique
1.2.1 Les komatiites
1.2.1.1 Historique et définition
1.2.1.2 Les chromites dans les komatiites
1.2.2 Les éléments du groupe du platine
1.2.2.1 Les éléments du groupe du platine dans un magma silicaté
1.2.2.2 Les EGP dans les komatiites
1.2.2.3 Les EGP dans la chromite
1.3 Objectifs de l’étude et organisation du manuscrit
1.3.1 Objectifs de l’étude
1.3.2 Organisation du manuscrit
CHAPITRE 2
GÉOLOGIE ET ÉCHANTILLONNAGE
2.1 Les komatiites dans la ceinture de roches vertes de l’Abitibi
2.2 La zone Alexo : géologie et échantillonnage
2.2.1 Géologie générale
2.2.2 Position des échantillons
2.3 La zone Hart : géologie et échantillonnage
CHAPITRE 3
PÉTROGRAPHIE ET MÉTHODOLOGIE
3.1 Pétrographie
3.1.1 La zone Alexo
3.1.1.1 Les komatiites péridotitiques
3.1.1.2 Les komatiites pyroxénitiques
3.1.1.3 Les sulfures massifs
3.1.2 La zone Hart
3.1.3 Les chromites
3.2 Méthodologie
3.2.1 Introduction et historique
3.2.2 Analyses sur roche totale
3.2.3 Analyses minérales
3.2.4 Génération des résultats des analyses au LA-ICP-MS
CHAPITRE 4
RÉSULTATS
4.1. Introduction et présentation des résultats
4.2. Analyses sur roche totale
4.2.1 Éléments majeurs et mineurs
4.2.2 Éléments du groupe du platine
4.3. Analyses des chromites
4.3.1 Les éléments majeurs
4.3.2 Les éléments mineurs et traces dans les chromites
4.3.2.1 Résultats
4.3.2.2 Résumé et discussions
4.3.3 Les EGPI et le Rh dans les chromites
4.3.3.1 Résultats
4.3.3.2 Résumé et discussions
4.4 Analyses des chromites comparées aux analyses sur roche totale et discussions
4.4.1 Éléments majeurs et mineurs dans la chromite versus MgO roche totale
4.4.2 EGPI et Rh dans la chromite versus MgO, Cr et S roche totale
4.4.3 Le Ru dans la chromite versus données roche totale
CHAPITRE 5
DISCUSSIONS
5.1 Aspect pétrologique : le comportement des EGP dans un magma komatiitique et le rôle de la chromite
5.1.1 Contrôle de la chromite sur les budgets en EGPI et Rh dans les komatiites de la zone Alexo
5.1.2 Comportement des EGP dans un magma komatiitique en l’absence de sulfures : comparaison avec d’autres études
5.1.3 La zone Alexo, un cas particulier de magma déjà fractionné en EGP
5.1.4 Discussion sur la solubilité des EGPI et du Rh dans la chromite
5.1.4.1 Causes de la solubilité des EGPI et du Rh dans les chromites de komatiites
5.1.4.2 Comparaison avec un système à fugacité d’oxygène élevée
5.2 Aspect exploration : la chromite un indicateur potentiel de la présence de sulfures
5.2.1 Diagrammes binaires pour l’exploration
5.2.2 Le Ru dans la chromite comme indicateur de la présence de sulfures
5.2.2.1 Comparaison avec les chromites de Locmelis et al. (2013)
5.2.2.2 Le Ru et le Cu sensibles à la distance par rapport à la minéralisation
5.3 Discussion de l’impact de l’altération sur la géochimie des chromites durant le métamorphisme à partir de cartographies géochimiques de chromites
5.3.1 Introduction et présentation
5.3.2 Observation et description de cartographies géochimiques de chromites
5.3.3 Discussion et synthèse
CHAPITRE 6
CONCLUSION
6.1 Introduction
6.2 Géochimie des chromites dans les komatiites
6.2.1 Éléments majeurs mineurs et traces
6.1.2 Éléments du groupe du platine
6.3 Aspect exploration
6.3.1 Éléments majeurs mineur et traces
6.3.2 Le Ruthénium
RÉFÉRENCES
