1. Evidences texturales de fractionnement hydrothermal du Nb-Ta
Dans la réponse au commentaire de Stepanov et al. (2016), nous mettons l’accent sur l’existence d’évidences texturales d’enrichissement hydrothermal en Ta dans plusieurs granites à métaux rares de Chine du Sud. Sur les images en électrons rétrodiffusés de la Figure II.2, les oxydes de Nb-Ta issues de ces granites spécialisés sont caractérisés par des cœurs magmatique avec une composition de colombite (zones gris-sombres ; CGM-I) et des zonations irrégulières avec une composition de tantalite (zones gris-claires ; CGM-II). Sur la Figure II.2a, le cœur riche en Nb d’un de ces oxydes (CGM I) est recoupé par une veinule avec une composition de tantalite (flèche blanche sur la figure) alors que dans la Figure II.b, la seconde génération d’oxyde enrichie en Ta (CGM II) semble brèchifier un zircon (Zrn) et une première génération d’oxyde CGM I. De tels textures sont les témoins indéniables d’un enrichissement hydrothermal en Ta dans les derniers stades d’évolution de ces granites à métaux rares.
Figure II.2. : Sélections d’ images en électrons rétrodiffusés de cristaux de colombo-tantalite (CGM) dans les granite à métaux rares de Songshugang (a-b: Zhu et al., 2015), Yichun (c: Huang et al., 2002) et Jiepailing (Xie et al., 2016) en Chine du Sud. Zrn : zircon ; Kfs : feldspath potassique.
2. Implication sur la pétrogenèse des CPG et des MPG
Dans le chapitre I, il est mis en évidence les différences importantes qui existent du point de vue petrogénétique entre les granites peralumineux à deux micas (MPG) et les granites peralumineux à cordiérite (CPG). Ce contraste est bien marqué dans le diagramme Nb/Ta versus Zr/Hf (Fig. II.3) où les CPG se caractérisent généralement par des valeurs de Nb/Ta > 5 et des rapports Zr/Hf entre 26 et 40,
Partie II : La transition magmatique-hydrothermale dans les systèmes peralumineux
caractéristiques des granites stériles, alors que les MPG montrent une gamme de variation beaucoup plus importante des deux rapports, située entre ~10 et 0.1 pour le Nb/Ta et ~40 et 0.1 pour le Zr/Hf, s’étendant du champ des granites stériles aux champs des granites minéralisés. Cette différence peut, tout d’abord, s’expliquer par la température, le taux de fusion partielle et les réactions de fusion dont sont issus ces deux grands types de granites peralumineux. Les CPG se forment à des températures généralement > 750°C qui vont induire la déstabilisation de la biotite et un taux de fusion partielle de l’ordre de 50 % (e.g. Clemens et Watkins, 2001). Dans ces conditions, l’abondance d’oxyde de Fe-Ti, où le Ta est plus compatible que le Nb, au résidu induit la genèse d’un magma silicaté avec un rapport Nb/Ta élevé (Stepanov et al., 2014). Au contraire, les réactions de fusion hydratées ou anhydres par déstabilisation de la muscovite dont sont issus les MPG (Barbarin, 1996; Patinño-Douce, 1999) vont laisser la biotite, où le Nb est plus compatible que le Ta, au résidu favorisant la formation d’un liquide avec un rapport Nb/Ta relativement faible. Ensuite, la richesse en eau des MPG comparée aux CPG va leur conférer une viscosité plus faible qui va favoriser le processus de cristallisation fractionnée des phases micacés, plus abondantes en parallèle dans les MPG, et des zircons induisant, respectivement, une décroissance du rapport Nb/Ta (Stepanov et al., 2014) et Zr/Hf (e.g. Claiborne et al., 2006). Pour finir, la richesse en eau des MPG va évidemment favoriser les processus magmatique-hydrothermaux qui induisent une décroissance des rapports Zr/Hf (Bau, 1996) et Nb/Ta.
Figure II.3 : Diagramme reportant la composition roche totale en Nb/Ta et Zr/Hf des CPG et des MPG
3. Implication sur le comportement de l’U
Dans la Figure II.4, la composition en Nb/Ta des échantillons de roches totales des granites peralumineux est reportée en fonction de leur teneur en U et du rapport Th/U. Il n’existe pas de corrélation entre l’U et le rapport Nb/Ta mais on remarque tout de même une augmentation de la dispersion des points pour les faibles rapports Nb/Ta et la majorité des granites avec des teneurs en U > 10 ppm et < 3 ppm présente des rapports Nb/Ta < ~5. Ensuite, une corrélation grossière apparait entre
Partie II : La transition magmatique-hydrothermale dans les systèmes peralumineux
le rapport Nb/Ta et le rapport Th/U. Ce diagramme illustre bien la différence de comportement qui existe entre l’U et les autres éléments incompatibles avec une forte affinité pour les fluides magmatiques comme l’Sn, le W ou le Cs (cf. article #1). Une façon d’interpréter ce comportement particulier est que l’U s’enrichie en même temps que les autres éléments incompatibles pendant la cristallisation fractionnée et les processus magmatiques-hydrothermaux (e.g. Friedrich et al., 1987). Au contraire, le Th est extrait du magma durant la cristallisation fractionnée de la monazite entrainant ainsi la diminution du rapport Th/U et expliquant cette corrélation grossière observée entre les rapports Nb/Ta et Th/U. L’enrichissement en U et la diminution du rapport Th/U du liquide silicaté au cours de la différentiation a vraisemblablement permis la cristallisation d’oxydes d’uranium dans les échantillons les plus évolués (e.g. Friedrich et al., 1987 ; Cuney, 2014). Néanmoins, les oxydes d’uranium sont très instables en condition de surface et dans les fluides hydrothermaux post-magmatiques à caractère oxydant (Dubessy et al., 1987). Ainsi la forte dispersion des teneurs en U pour les faibles rapports Nb/Ta (< ~5) est probablement la conséquence d’une combinaison complexe entre enrichissement magmatique et/ou magmatique-hydrothermal permettant la cristallisation d’oxydes d’uranium suivit d’une déstabilisation de ces oxydes lors de circulations de fluides post magmatiques et/ou de l’altération de surface. Ainsi les gisements d’U sont généralement associés à des leucogranites peralumineux (MPG) avec des rapports Nb/Ta < ~5 car ce sont les plus à même à avoir pu cristalliser des oxydes d’uranium facilement lessivables par les fluides hydrothermaux (Fig. II.3). Ces processus impliqués dans la genèse de minéralisations uranifères seront discutés en détails dans la partie IV de ce manuscrit.
Partie II : La transition magmatique-hydrothermale dans les systèmes peralumineux
Location Igneous
province Granite Age Related deposit Reference
Western Europe
French Armorican
Massif
Lizio ca. 316 Ma Sn Tartèse and Boulvais, 2010
Questembert ca. 316 Ma (U) U leached during hydrothermal alteration Tartèse and Boulvais, 2010;
Tartèse et al., 2013
Guérande ca. 310 Ma U - Sn Apical zone facies Ballouard et al., 2015
Huelgat Late Carboniferous - Georget, 1986
Brignogan Late Carboniferous - Georget, 1986
Iberian massif
Ponte Segade Late Carboniferous Sn - Ta - Nb -Li -Be -Cs Canosa et al., 2012
Jalama Late Carboniferous Sn-W-(Nb-Ta) Ramı́rez and Grundvig, 2000
Beariz (Avion) Late Carboniferous - Gloaguen, 2006
Beariz Late Carboniferous Sn -W Gloaguen, 2006
Boboraz Late Carboniferous - Gloaguen, 2006
Carballino Late Carboniferous Sn-W-(Nb-Ta) Gloaguen, 2006
Irixo Late Carboniferous - Gloaguen, 2006
Pedrobernardo S. Mamede de Ribatua Panasqueira c.a. 300 Ma Hercynian Hercynian - Sn-W Sn-W Bea et al., 1994 Nieva, 2002 Nieva, 2002 French Massif Central
Colette ca. 310 Ma - Raimbault et al., 1995
Beauvoir ca. 310 Ma Ta - Be -Sn - Li Raimbault et al., 1995
Guéret ca. 350 Ma - Rolin et al., 2006
Cornubian
Batholith - 295-275 Ma Sn - W – (Cu)
Chappell and Hine, 2006; Müller et al., 2006
Erzgebirge - Late Carboniferous - Early Permian Sn - U -W Li - mica granites and greisens Förster et al., 1999; Breiter, 2012; Štemprok et al., 2005
Fichtelgebirge - Late Carboniferous - Early Permian ? Hecht et al., 1997
Central Vosges - 329 - 322 Ma - Tabaud et al., 2015
Nova Scotia - Canada
South Mountain Batholith
- Late Devonian - MacDonald et al., 1992
Davis Lake Late Devonian Sn Topaz muscovite leucogranites and greisens Dostal and Chatterjee, 1995
South Africa
Kaapvaal
Craton Lekkersmaak granite suite ca. 2800 Ma - Jaguin, 2012
Cape Granite
Suite Peninsula pluton 556-534 Ma - Farina et al., 2012
South China
Hunan
Province Indosinian granites 210 – 243 Ma ? Wang et al., 2007
Yunnan
Province Dulong granites ca. 90 Ma Sn Xu et al., 2015
Indonesia Belitung Tanjungpandan pluton ca. 215 Ma Sn - W Schwartz and Surjono, 1990
Eastern
Transbaikalia - Kukul’bei complex ca. 140 Ma
W – Sn Ta
Muscovite leucogranites (phase 2)
Albite-amazonite Li-F granites (phase 3) Zaraisky et al., 2009 Central
Mongolia - Ongon Khairkhan Ca. 120 Ma W
Ongonites (topaz bearing albite-rich
microleucogranites Dostal et al., 2015 Table DR1: Synthesis of the peraluminous granites reported in this study with their location, their age, their associated metal deposits when available and the corresponding reference