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Données sur les teneurs en hafnium et yttrium des zircons: 2e série

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Données sur les teneurs en hafnium et yttrium des zircons: 2e série

DELALOYE, Michel, CHESSEX, Ronald

DELALOYE, Michel, CHESSEX, Ronald. Données sur les teneurs en hafnium et yttrium des zircons: 2e série. Compte rendu des séances de la Société de physique et d'histoire naturelle de Genève , 1966, vol. N.S., vol. 1, no. 3, p. 168-177

Available at:

http://archive-ouverte.unige.ch/unige:144630

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1 / 1

(2)

C. R. des Séances, SPHN Genève, NS Vol. 1 Fasc. 3 pp. 168-177 1 1966

l

(3)

M. DELALOYE et R. CHESSEX. - Données sur les teneurs en hafnium et yttrium des zircons. 2e série.

l. INTRODUCTION

Les teneurs en hafnium et yttrium de 87 zircons sont présentées et brièvement discutées dans cette publication, en tenant compte de celles, au nombre de 84, que nous avons déjà publiées (CHESSEX et DELALOYE, 1965).

Rappelons que ces éléments, Hf et Y, ont été déterminés par la méthode de la fluorescence X , en même temps que l'U, Je Th et le Pb.

En ce qui concerne la signification du rapport Zr/Hf dans les zircons, nous renvoyons le lecteur à notre publication de 1965. Rappelons simplement qu'une relation très étroite existe entre ce rapport et la composition de la roche. Le tableau l, établi avec des données tirées de la littérature, nous montre que:

Dans les roches plutoniques de la série calco-alcaline (gabbro, diorite, grano- diorite, granite), le rapport Zr/Hf des zircons diminue parallèlement à l'indice de coloration de la roche.

Dans les roches de la série alcaline (granite alcalin, syénite, syénite néphéli- nique), le rapport Zr/Hf est le plus faible dans les granites et le plus élevé dans les syénites néphéliniques.

TABLEAU 1 Rapports Zr/Hf des zircons en fonction de fa composition de fa roche.

Type de roche

gabbro, diorite

diorite quartzique, tooalite granodiorite . . . . granite calco-a lcalin granite alcalin . . . syénite . . . . syénite néphélinique

55-70 45-65 35-55 30-45 20-35 20-60 60-150

li est certain que d'autres facteurs interviennent dans la distribution du hafnium dans les zircons. Parmi les plus importants, citons les phénomènes de métasomatose et d'altération hydrothermale.

Les données relatives à la distribution de l'yttrium dans les zircons sont peu abondantes et contradictoires. Les premiers résultats que nous avons obtenus ten- daient à prouver que, en moyenne, la teneur en yttrium augmentait parallèlement

(4)

l l

SÉANCE DU 1er DÉCEMBRE 1966 169

à celle du hafnium, de l'uranium et du thorium en allant des roches basiques aux roches acides.

Les résultats que nous présentons portent sur des types de roches très variés.

Les teneurs et rapports moyens calculés sur chacun de ces types (roches sédimen- taires, migmatites, syénites, etc.) vont naturellement dépendre, dans une certaine mesure, des subdivisions adoptées. Les raisons qui nous ont guidés dans le choix de ces subdivisions sont exposées dans notre publication de 1965.

2. DONNÉES ANALYTIQUES

Les données que nous présentons ci-dessous complètent celles que nous avons publiées précédemment.

Hafnium et zirconium. Le dosage des éléments Hf et Zr coexistant dans un même minéral pose un problème assez difficile à résoudre. Ce dosage est cependant plus aisé à effectuer par fluorescence X que par voie humide. Les principales difficultés proviennent de certaines particularités des spectres de fluorescence et du fait que les éléments U, Th et Pb contenus dans les zircons produisent des interférences supplémentaires.

L'emploi du discriminateur des hauteurs d'impulsions est le procédé le plus efficace pour supprimer des radiations qui ont des énergies différentes mais qui se superposent dans les spectres de raies, comme c'est le cas pour Zr Kixu et Hf Lix1. Malheureusement Zr K au est très intense et son spectre de répartition des énergies très étendu ; c'est pourquoi une grande partie de celles-ci renforcera la raie Hf Lo:.

L'emploi d'un cristal très dispersif comme la topaze ne donne pas de bons résultats car les raies ont des longueurs d'onde trop voisines.

On pourrait envisager une excitation sélective des deux spectres en appliquant sur le tube une tension juste inférieure à la valeur du potentiel critique d'excitation K du zirconium, soit un peu moins de 17,99 kV. Dans ce cas, le spectre K du Zr n'est pas émis tandis que le spectre L du Hf est excité puisque le potentiel critiq ue

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est de 11 ,27 kV. Ce procédé ne donne pas entière satisfaction car les raies L du Hf deviennent alors très faibles et la sensibilité est notablement diminuée.

D 'autres possibilités peuvent être envisagées, telles que l'emploi de cristaux analyseurs taillés spécialement pour éliminer le second ordre de réflexion.

Pratiquement, nous avons choisi la raie Hf LP ~ qui est libre d'interférences mais peu intense. Cependant, ce que nous perdons en sensibilité, nous le regagnons en sécurité puisque nous sommes alors certains que nous ne mesurons que le Hf. Ce choix nous a été dicté non seulement par les interférences avec le Zr mais aussi avec le Pb présent dans tous nos échantillons, comme le montre la planche I, représentant les spectres des éléments qui nous intéressent.

(5)

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Fig. 1.

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Spectre de fluorescence de quelques éléments contenus dans le zircon (anticathode de Mo, ana lyseur LiF).

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(6)

SÉANCE D U J er DÉCEMBRE 1966 171 Pour l'analyse du Zr, le choix d'une raie analytique est tout aussi difficile à cause des interférences avec le Th pour Zr Kc/ et avec le Hf pour Zr Ko::II et Zr Ko:m.

Une solution de compromis doit intervenir. Nous prenons la raie Zr Ko:;, 2 en esti- mant que les raies Th

L/3i

et Th LM. 4 ne contribuent que d'une façon négligeable à l'augmentation de Zr Ko::t 2 , d'une part à cause de la teneur très élevée en Zr et très faible en Th et, d'autre part, à cause du rapport des intensités relatives des raies analytiques considérées.

Yttrium. Cet élément est beaucoup plus facile à doser que le zirconium et le hafnium.

En effet, la raie Y Ko::{;,. est libre d'interférences et son intensité est suffisante pour mesurer avec une bonne précision des teneurs allant de 0,1 à 1

%.

3. DISCUSSION DES RÉSULTATS

Nous ne voulons pas, dans cette note, reprendre la discussion détaillée de ces résultats, roche après roche et classe après classe. Nous nous limiterons à mettre en évidence certains points intéressants qui ressortent de l'examen du tableau 3.

1. Les résultats obtenus sur les zircons des roches sédimentaires et métamor- phiques sont proches de ceux que nous ont fournis les zircons des granodiorites.

Cela n'a rien d'étonnant si l'on admet que la plus grande partie des zircons des roches sédimentaires et faiblement métamorphiques est d'origine détritique, prove- nant de l'érosion de massifs cristallins et que la composition moyenne de la partie supérieure de l'écorce terrestre est assez proche de celle d'une granodiorite. La radio- activité des zircons de cette dernière catégorie de roches est toutefois plus élevée tandis que leur teneur en Y est plus faible.

2. Les zircons des migmatites et des gneiss granitiques ont des caractères géo- chirniques proches de ceux des granites calco-alcalins. Cela est normal car la plupart de ces roches ont une composition granitique, certaines étant d'ailleurs des ortho- gneiss.

Les zircons de ces roches semblent être enrichis en Y, par rapport à ceux des g ranites norma ux.

3. Les zircons des roches effusives sont appauvries en Hf par rapport à ceux des roches plutoniques de même composition. On peut mettre ce fait en relation avec la cristallisation rapide de ces roches qui a eu pour effet d'inhiber la séparation du Zr et du Hf dans le magma lors de la différenciation. Le rapport Zr/Hf moyen de ces zircons est identique à celui qui serait caractéristique de l'écorce terrestre (Zr/Hf

=

50).

Les zircons de ces roches semblent, par contre, être enrichis en Y (x

=

0,33) par rapport à leurs équivalents plutoniq ues.

Compte rendu des Séances, Vol. 1, fasc. 3, 1966 12

(7)

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TABLEAU 2 Résultats.

Zircon Na Type de roche Massif, unité tectonique % Hf Zr/H f % Y (a /mg ·h) Activité

1. ROCHES SÉO!MENTATRES

295 M 14 Grauwacke Massif des Maures (groupe du Loli) 1,34 39 0,19 401

235 AR 17 Grès Massif des Aiguilles-Rouges (Carbonifère de D orénaz) 1,70 28 0,14 429

276 Dph I Grè~ du Champsaur Autochtone dauphinois (Eocène sup.) 1,05 34 0,18 360

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313 Dph 2 Grès d'Annot Ecailles ultra-dauphinoises (Eocène sup.) 1,31 40 0, 16 354

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293-107 Roche volcano-détritique Massif du Besimauda (Permo-Carbonifère) J,32 40 0,34 371

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281-107 a Id. Id. 1,19 42 0,35 575 !Tl

228 GB 20 G rès Nappe du Grand-Saint-Bernard (Permo-Carbonifère) 1,10 33 0,24 384 t:I c:

245 GB 22 G rès Id. (Carbonifère) 1,44 28 0,14 318 ...

251 GB 18 Quartzite sériciteux Id. (schistes de Casanna sup.) 0,92 34 0,17 303 "' .,

262 GB 17 Id. Id. 1,22 34 0,22 514 t::i t°'l•

2. ROCHES MÉTAMORPHIQUES

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a) Roches métamorphiques non migmatisées ...

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194 M 3 G neiss à muscovite Massif des Maures (gr. des gneiss de Bormes) 1,34 36 0,20 243 0\ 0\

222 M 10 Gneiss à 2 micas Id. (gr. micaschistes Cap Nègre) 1,30 39 0,16 257

298 M 17 G neiss chloriteux Jd. 1,38 38 0,28 387

300 M 18 G neiss à 2 micas ld. 1,38 35 0,24 423

305 M 21 G neiss à 2 micas Massif du Tanneron-Esterel 1,57 35 0,18 295

314 Bd JO Gneiss à biotite Massif du Vieux-Chaillol 1,44 37 0,23 166

291 AR 29 Gneiss à biotite Massif des Aiguilles-Ro uges 1,44 37 0,16 307

203RI1 « Porphyre de Roffna » Nappe de Tambo-Suretta 1,28 38 0,31 549

250 GB 19 Gneiss albitique Nappe du Grand-Saint-Bernard (schistes de Casanna inf.) 1,14 28 0,15 317

275 GB 23 Gneiss albitique à biotite Id. 1,20 4 1 0,19 572

267 Ab 1 Gneiss albitique Massif d' Ambin 1,10 37 0,13 175

170 St 2 Gneiss à biotite Zone de Strona (domaine insubrien, Alpes du Sud) 1,06 42 281

(8)

TABLEAU 2. - Résultats (suite)

Zircon N• Type de roche Massif, unité tectonique % Hr Zr/H f % Y (a/ mg·h) Activité

b) Migmatites, gneiss granitiques ( orthogneiss p.p.)

195 M 4 Gneiss œillé Massif des Maures (gr. migmatites de St. Tropez) 1,49 32 0,50 793

232 M 12 Id. Id. 1,34 33 0,24 358

190 M 1 Granito-gneiss d'anatexie Id. 0,90 41 0,25 841

311 M22 Gneiss à biotite-sillimanite Massif du Tanneron-Esterel 1,28 35 0,42 622

307 Bd 9 129 R l Gneiss granitique Gneiss granitique œillé Massif du Vieux-Chaillol Massif de Rocheray (Pelvoux) 1,33 1,18 29 40 0,31 0,06 1243 368

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214 p 5 Migmatite à pinite Massif du Pelvoux 1,25 39 0,13 277 Q

242 AR 20 Gneiss rubané à biotite Massif des Aiguilles-Rouges 1,66 30 0,23 367 tl

285 AR 23 Gneiss rubané à 2 micas Id. 1,39 35 0,27 301 c

287 AR 25 Granito-gneiss écrasé Id. 1,27 32 0,29 522 ...

289 AR 27 Granito-gneiss à biotite Id. 1,59 34 0,21 259 ~

290 AR 28 Gneiss granitique à biotite Id. 1,59 34 0,33 409 tl rn-

238 MB 8 Migmatite (agmatite) de contact Massif du Mont-Blanc 1,19 36 0,07 509 (") ITI

208ML 1 Gneiss granitique à 2 nùcas Nappe du Monte-Leone 1,23 34 0,17 894

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252 H 3 « Migmatite du Sapey » Zone houillère briançonnaise, Vanoise 1,16 34 0,48 401 ~

140 GB 6 « Gneiss de Thyon » Nappe du Grand-Saint-Bernard 1,07 45 0,70 351

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244DM 1 Gneiss à biotite Massif de la Dora-Maira 1,18 40 0,22 251 O'I O'I

247 DM 2 Id. Id. 1,26 28 0,30 333

265 Be 4 Gneiss granitique à biotite Nappe de la Bernina 1,29 35 0,38 402

215 Gd 2 Gneiss granitique à biotite Groenland (orogène kétilidien) 1,42 34 0,08 256

218 Gd 5 Id. Id. 0,97 42 0,01 99

3. ROCHES VOLCANIQUES ET HYPABYSSALES

279 Co 1 lgnimbrite Corse (Permo-Carbonifère) 1,03 54 0,37 340

301E2 Esterellite (microdiorite) Massif de l'Esterel 1,23 43 0,12 157

270 Lu 1 Porphyre quartzifère Domaine insubrien, Alpes du Sud (Permien) 0,90 34 0,96 697 ... -...) ...,

(9)

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TABLEAU 2. - Résultats (suite)

Zircon Type de roche Massif, unité tectonique % Hf Zr/ H f' % Y Activité

No (Œ/ mg ·h)

4. ROCHES PLUTONIQUES a) Diorites, tonalites, mo11z01dtes

294 M 13 Diorite quartzique Massif du Tanneron-Esterel 1,50 38 0,17 253

196 CA 1 Diorite quartüque Massif de la Cima d'Asta, Dolomites 1,14 40 0,34 932

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256 Tu 1 Monzodiorite quart2ique Massif de la Sakarya, Turquie 1,46 35 0,13 828

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257 Tu 2 Id. Id. 1,34 37 0,08 623

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258 Tu 3 Id. Id. 0,97 43 0,07 458 tTl

261 Tu 6 Monzosyénite Massif de Sivrihisar, Turquie 1,23 44 0,05 414 c 0

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b) Granodiorites () 0 tTl•

207 CA 2 Granodiorite Massif de la Cima d'Asta, Dolomites 1,21 0,10 237 tTl ::: l:D

259 Tu 4 Granodiorite Massif de Sogüt, Turquie 1,15 38 0,04 121 ::c t<l

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c) Granites calco-alcalins

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187 CB 14 Granite Massif de la Costa Brava, Espagne 1,27 37 0,38 840

220 M 9 Granite Massif des Maures (gr. micaschistes Cap Nègre) 1,08 44 0,31 471

193 M 2 Granite du Plan de la Tour Massif des Maures 0.98 43 0,24 639

200 Bd 7 Granite de Beaufort Massif oe Belledonne (série satinée) 1,28 0,11 931

176 AR 8 Granite des Montées Pélissier Massif des Aiguilles-Rouges 1,23 37 0,35 811

211AR14 Granite de la Motte, Mégève Id. 1,25 0,18 778

227 AR 15 Granite de Pormenaz ld. 1,17 36 0,15 542

283 AR 22 Granite de Vallorcine Id. 1,25 39 0,21 896

286 AR 24 ld. Id. 1,07 31 0,18 959

292 AR 30 Id. Id. 1,76 32 0,23 563

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TABLEAU 2. - Résultats (suite)

Zircon N• Type de roche Massif, unitê teclonîquc % Hf Z r/ H f % Y (a/ mg .h) Activité

d) Granites à tendance alcaline

213 M 7 Granite du Cap Camarat Massif des Maures (gr. migmatites de Saint-Tropez) 1,40 33 0,53 1593

201 Bd 8 Granite du Roc Blanc Massif de Belledonne (série verte) 1,47 32 0,21 1513

199 Bd 6 Granite de La Chaudanne Id. (série satinée) 1,51 29 0,33 1408

209 MB 3 Granite (Protog,ine) très écra~é Massif du Mont-Blanc 1,15 39 0,22 943

229 MB 4 Granite (Protogine) Id. 1,18 34 0,19 896

230 MB 5 Id. Id. 1,15 35 0,18 1156

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234 MB 6 315 DB 3 Granite écrasé (Arkésine) Id. Nappe de la Dent-Blanche Id. 1,66 1,62 26 33 0,20 0,15 1002 811 Q > z

23 1 Be3 Granite Nappe de la Bernina 1,30 36 0,16 669 t)

316 Bd 11 Granite des sept Laux Massif de Belledonne (série satinée) 0, 14 1466 c::

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e) Syénites t) ~

178 Mt 2 Syénite albitique Massif du Montgenèvre (Dauphiné) 1,16 40 0,58 118 () "1·

268 Mt 5 Id. Id. 1,09 42 1,28 132 tT1 ~

270 Mt 4 ld. Id. 0,96 53 1,01 101

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216 Gd 3 Syénite à biotite et hornblende Groenland (orogène kétilidien) 1,02 49 0,08 119

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217 Gd 4 ld. Id. 2,08 24 0,11 192 \0 0\

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f) Granites a/bitiques en blocs exotiques da11s des flyschs

1&2 BEP 2 Granite des Lanches Flysch des Gets, Haute-Savoie (Préalpes sup.) 1,28 35 0,34 757

183 BEP 3 Granite de la Rosière Id. 1,14 39 0,63 1327

225 Ap 2 Granite de Tresana Flysch des Apennins, Italie 0,77 45 0,19 350

226 Ap 3 Granite de Camporgiano Id. 0,73 40 0,09 247

g) Enclaves

94 CB 5 Encla~e mésocrate dans granite Massif de la Costa Brava, Espagne 1,17 40 0,37 1197

185 CB 15 Id. Id. 1,15 37 0,19 199

l b8 CB 13 Id. Id. 1,23 38 0,43 880

310 CB 17 Id. Id. 1,42 36 0,28 1524 ...

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(11)

TABLEAU 3

Géochimie du zircon: teneurs en Hf et en Y, rappon Zr/Hf; activité alpha.

% Hf X % Hf Zr/ Hf

-

% Y -

N (var.) (/ N (var.) Zr/Hf X (/ N (var.) % Y X

Roches sédimentaires 13 0,92-1,70 1,24 0,202 13 46-28 36,3 5,47 13 0,14-0,35 0,20 R oches

métamo rphiques

non migmatisées 18 0,78-1,57 1,24 0, 194 18 61-28 39,2 6,76 17 0,07-0,31 0,19 Migmatite~, gneiss

granitiq ues 38 0,90-1,66 1,27 0,157 38 45-28 36,7 3,92 38 0,0 1-0,70 0,26 Roches volcaniques 7 0,76-1,26 1,00 0, 189 7 71-34 49,6 12,44 7 0, 12-0,96 0,33 Roches plutoniques:

a) Tonalites,

mon zonites 13 0,97-1,50 1,18 0,162 13 48-35 42,4 4,03 13 0,05-0,34 0,13 b) Gran odiorites 13 1,15-1,42 1,25 0,069 13 43-34 39,3 2,32 13 0,04-0,33 0, 17 c) G ran ites

calco-alcalios 27 0,%-1,76 1,26 0, 150 25 44-31 37,3 3,44 26 0 , 11-0,40 0,22 d) Granites alcalins 17 1,15-1,75 1,43 0,191 17 39-26 32,9 3,62 18 0, 11-0,53 0,25 e) Syénites li 0,96-2,08 1,26 0,29> Il 53-24 39,6 7,47 11 0,06-1 ,28 0,45 f) Gran ites albitisés 6 0,73-1,28 0,98 0,214 6 49-35 41,7 4,89 6 0,09-0,63 0,30

N = nombre d'échantillons analysés

i - moyenne arithmétique

<1 - écart type

Activité

(/ N (a/ mg.h) (:XJ 0,069 13 377

0,0 70 18 306 0,135 38 435 0,2118 7 274

0,086 13 439 0,084 13 414 0,085 27 866 0,106 18 1196 0,492 11 468 0,198 6 645

(/

&7

122 234 208

275 160

659 276 394 420

-.) 0\

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SÉANCE DU 1er DÉCEMBRE 1966 177 4. Dans les roches plutoniques de la série calco-alcaline (gabbro, diorite, grano- diorite, granite), les teneurs en Hf, et en Y des zircons augmentent avec la teneur en silice de la roche. On peut également dire que le rapport Zr/Hf diminue parallèlement à l'indice de coloration de la roche. Ces rapports Zr/Hf sont un peu plus faibles que la

moyenne de ceux reportés dans la littérature.

5. Le rapport Zr/Hf moyen des syénites est plus proche de celui des grano- diorites que de celui des granites alcalins. La répartition du Hf dans les roches ignées normales semble donc dépendre, en premier lieu, de l'indice de coloration et de la teneur en silice de la roche plutôt que de celle en alcalis.

La teneur en Y est, par contre, nettement plus élevée dans les zircons des syénites que dans ceux des granites. Toutefois, d'un massif à l'autre, elle peut varier dans de très Jarges proportions.

6. Les zircons des granites en blocs exotiques dans les flyschs de certaines unités tectoniques des Alpes et des Apennins sont relativement pauvres en Hf. On peut mettre ce fait en relation avec des phénomènes d'albitisation qui ont affecté la roche après sa formation. L'Y ne semble pas être affecté par ce phénomène.

7. La teneur en Hf des zircons semble être indépendante de la localisation géographique des roches étudiées. Le facteur le plus important à prendre en considé- ration est la composition de la roche et, dans une mesure moindre, son mode de formation.

8. La teneur des zircons en Y, bien qu'également liée, en moyenne, à celle de la composition de la roche, semble par contre dépendre en plus d'un facteur d'ordre régional. Par exemple, les zircons du massif de Biella ainsi que tous ceux des roches de Turquie qui ont été étudiées sont très pauvres en Y (0,04-0,13) alors que ceux de la syénite du Montgenèvre contiennent plus de 1

%

de cet élément.

9. Alors qu'il existe une relation évidente entre l'âge absolu des zircons et leur radioactivité - les zircons les plus anciens étant, en moyenne, les moins radioactifs - cela ne semble pas être le cas en ce qui concerne le Hf et l'Y.

BIBLIOGRAPHIE SOMMAIRE

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Institut de Minéralogie Université de Genève

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