Saturation des minéraux phosphatés dans les magmas silicatés : implications sur la genèse des roches riches en Fe-Ti-P

摘要

La compréhension de la formation des intrusions litées et des gisements qui y sont associés est extrêmement importante du fait de leurs concentrations économiques en Cr, V, Ti, P et PGE ainsi que pour le développement des outils d'exploration pour ces éléments. Pour cela il est nécessaire de connaître quels sont les processus de formation à l'origine des roches des intrusions litées. Parmi les différents types de roches concernées, on trouve des roches atypiques nommées nelsonites. Les nelsonites sont des roches principalement formées d'apatite et d'oxydes de Fe et Ti que l'on retrouve aussi associées aux complexes anorthositiques.ududDeux modèles de formation sont proposés pour expliquer la genèse des nelsonites : (i) le modèle d'immiscibilité de deux liquides et, (ii) le modèle de cristallisation fractionnée suivit par accumulation de Fapatite et des oxydes. Aucun élément n'a, jusqu'ici, permis de trancher entre ces deux processus et le sujet est encore très discuté.ududNous avons abordé le problème en trois temps :ududTout d'abord par une approche expérimentale qui nous a permis dans un premier temps de mettre au point une équation permettant de prédire la composition magmatique lors de la saturation en phosphate d'un magma silicate et ceci pour une large gamme de composition (10 à 80% molaire de SÍO2 incluant les liquides péralumineux) et de température (~ 800-1400°C).ududOù M représente la concentration molaire et T la température en K.ududDans ces expériences sans volatiles nous avons cristallisé de la whitlockite comme minéral phosphaté et non de 1'apatite.ududDans un second temps une deuxième série d'expériences, couplée à des modélisations de cristallisation fractionnée, nous a permis de définir les champs d'immiscibilité de deux liquides dans le système SiC^-TiC^+FeO+PiOs+MgO+CaOAl2O3+ Na2O+KiO. Dans ces nouvelles expériences nous avons ajouté à nos compositions H2O et F pour permettre la saturation de fluoroapatite. Cette partie de ce travail de recherche montre qu'un magma mafique est saturé en apatite avant de traverser les champs d'immiscibilité de deux liquides.ududPour finir nous avons travaillé sur des échantillons naturels de nelsonites et de roches associées riches en apatite. Ces échantillons proviennent de la Suite Intrusive de Sept-Iles au Canada et de la « Rustenburg Layered Suite » dans le complexe du Bushveld en Afrique du Sud. L'analyse des éléments traces dans les apatites de ces roches couplées à un bilan de masse indique que 1'apatite contrôle la distribution des éléments du groupe des terres rares, de FU, du Th, du Cl, du Ca et du Sr dans ces roches. Les compositions des magmas parents des nelsonites ont étaient calculées par inversion et comparées à des roches naturelles. Nous avons par la suite modélisé la cristallisation fractionnée des roches naturelles concordantes dans le but de vérifier si il est possible d'obtenir des nelsonites, ou du moins des roches riches en apatite et oxydes de Fe et Ti, avec ce processus. Les résultats des modélisations indiquent qu'il est possible de former des roches similaires aux troctolites de la Suite Intrusive de Sept-îles et à la ferrodiorite de la « Rustenburg Layered Suite » par cristallisation fractionnée.ududNos expériences, appuyées pas nos modélisations, indiquent que le modèle de cristallisation fractionnée suivit par une accumulation des grains d'apatite et d'oxydes de Fe et Ti est le plus raisonnable pour expliquer la formation des nelsonites et des roches associées riches en apatite.