Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti
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CARACTÉRISATION DES ROCHES ENCAISSANTES DU DÉPÔT DE FE-TI-P DE LA ZONE PAUL, SECTEUR DU LAC À PAUL, SUITE ANORTHOSITIQUE DU LAC-SAINTJEAN, QUÉBEC, CANADA Par : Jean-Philippe Arguin Mémoire présenté dans le cadre du cours : Projet de fin d’études (6 GLG 604) Université du Québec à Chicoutimi Décembre 2012 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Table des matières Liste des figures.............................................................................................................................. iv Liste des tableaux ............................................................................................................................ v Résumé ........................................................................................................................................... vi Remerciements .............................................................................................................................. vii Liste des abréviations et des symboles ......................................................................................... viii 1 – Introduction ............................................................................................................................... 1 2 – Problématique ............................................................................................................................ 1 3 – Localisation ............................................................................................................................... 1 4 – Géologie .................................................................................................................................... 2 4.1 – Géologie régionale.............................................................................................................. 2 4.2 – Géologie de la propriété du Lac à Paul............................................................................... 3 5 – Méthodologie............................................................................................................................. 5 5.1 – Descriptions pétrographiques ............................................................................................. 5 5.1.1 – Descriptions mégascopiques ....................................................................................... 5 5.1.2 – Descriptions microscopiques ....................................................................................... 5 5.1.3 – Classification des échantillons..................................................................................... 5 5.2 – Cartographie à la microfluorescence-X (XRF) .................................................................. 6 6 – Descriptions pétrographiques .................................................................................................... 8 6.1 – Les roches anorthositiques : leucotroctolites, leuconorites, norite et gabbros à amphibole 8 6.1.1 – Les textures des roches anorthositiques....................................................................... 8 6.1.3 – Leucotroctolites ......................................................................................................... 12 6.1.4 – Leuconorites et norite ................................................................................................ 17 6.1.5 – Gabbros à amphibole ................................................................................................. 24 6.2 – Les pyroxénites : mélagabbronorite et webstérite à oxyde de Fe-Ti ................................ 28 6.3 – Les péridotites nelsonitiques ............................................................................................ 31 6.4 – Les roches dioritiques : granodiorite, monzodiorites et diorite à quartz .......................... 33 7 – Géochimie des éléments majeurs ............................................................................................ 44 7.1 – Cartographie des éléments majeurs à la microflurescence-X (XRF) ............................... 44 7.2 – Éléments majeurs sur roche-totale.................................................................................... 47 7.2.1 – Particularités géochimiques des roches anorthositiques minéralisées par rapport aux roches anorthositiques stériles ............................................................................................... 47 8 – Discussion ............................................................................................................................... 50 8.1 – Étude pétrographique des roches anorthositiques ............................................................ 50 8.2 – Étude géochimique des roches anorthositiques ................................................................ 52 9 – Conclusions et recommandations ............................................................................................ 53 10 – Références ............................................................................................................................. 55 Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page ii Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Annexe 1 : Localisation des échantillons ...................................................................................... 56 Annexe 2 : Composition modale et synthèse pétrographique des échantillons ............................. 57 Annexe 3 : Classification des échantillons .................................................................................... 62 Annexe 4 : Estimation de la composition modale des roches dioritiques (Analyses à la micro XRF) .............................................................................................................................................. 64 Annexe 5 : Analyses ME-XRF06 des éléments majeurs ............................................................... 66 Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page iii Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Liste des figures Figure 1 : Carte de localisation de la propriété du Lac à Paul ............................................................. 2 Figure 2 : Carte géologique du secteur du Lac à Paul ......................................................................... 4 Figure 3 : Localisation des forages de la Zone Paul ............................................................................ 6 Figure 4 : Texture protoclastique ........................................................................................................ 9 Figure 5 : Texture porphyroclastique ................................................................................................ 10 Figure 6 : Amas d’oxydes de Fe-Ti formé de magnétite, d’ilménite et de spinelle........................... 12 Figure 7 : Amas d’ilménite en contact avec un amas d’apatite ......................................................... 12 Figure 8 : Leucotroctolite (Échantillon : H901084) .......................................................................... 13 Figure 9 : Coronites autour d’olivine et d’oxydes de Fe-Ti dans une leucotroctolite ....................... 14 Figure 10 : Transformation d’une olivine en symplectite d’orthopyroxène et de magnétite ............ 14 Figure 11 : Leucotroctolite (Échantillon : M072326) ....................................................................... 15 Figure 12 : Bordures de plagioclase suturées et olivine coronitique dans une leucotroctolite .......... 16 Figure 13 : Olivine coronitique dans une leucotroctolite .................................................................. 16 Figure 14 : Leuconorite (Échantillon : K338876) ............................................................................. 17 Figure 15 : Coronite autour d’oxyde de Fe-Ti dans une leuconorite................................................. 18 Figure 16 : Coronite autour d’orthopyroxène dans une leuconorite .................................................. 19 Figure 17 : Leuconorite (Échantillon : H901280) ............................................................................. 20 Figure 18 : Couronne d’amphibole vermiculaire en symplectite avec plagioclase ........................... 21 Figure 19 : Norite (Échantillon : H901294) ...................................................................................... 22 Figure 20 : Orthopyroxènes en mosaïque coronitique dans une norite ............................................. 23 Figure 21 : Symplectite de magnétite et d’orthopyroxène dans une norite ....................................... 23 Figure 22 : Exsolutions de pentlandite dans de la pyrrhotite ............................................................ 23 Figure 23 : Gabbro à amphibole (Échantillon : H900833) ................................................................ 24 Figure 24 : Hornblende et cummingtonite dans un gabbro à amphibole ........................................... 25 Figure 25 : Gabbro à amphibole (Échantillon : M072279) ............................................................... 26 Figure 26 : Amas d’oxydes de Fe-Ti et amas d’apatite dans un gabbro à amphibole ....................... 27 Figure 27 : Mélagabbronorite (Échantillon : M072414) ................................................................... 28 Figure 28 : Orthocumulat de pyroxènes avec plagioclase et ilménite interstitiels ............................ 29 Figure 29 : Exsolutions de rutile-ilménite dans une augite ............................................................... 29 Figure 30 : Webstérite à oxydes de Fe-Ti (Échantillon : M072407) ................................................. 30 Figure 31 : Orthocumulat de pyroxènes avec amas d’oxyde de Fe-Ti interstitiels ........................... 31 Figure 32 : Métapéridotite nelsonitique (Échantillon : M072065) .................................................... 32 Figure 33 : Olivines et pyroxènes pseudomorphisés dans une métapéridotite nelsonitique ............. 33 Figure 34 : Altération de rutile et de titanite sur un grain d’ilménite ................................................ 33 Figure 35 : Granodiorite (Échantillon : H901142) ............................................................................ 34 Figure 36 : Texture granulaire dans une granodiorite ....................................................................... 35 Figure 37 : Intercroissance de plagioclase avec feldspath-K............................................................. 35 Figure 38 : Monzodiorite (Échantillon : H900953) ........................................................................... 36 Figure 39 : Texture némato-lépidoblastique d’une monzodiorite à hornblende et biotite................. 37 Figure 40 : Monzodiorite (Échantillon : H901291) ........................................................................... 38 Figure 41 : Texture lépidoblastique d’une monzodiorite à clinopyroxène et biotite ......................... 39 Figure 42 : Injection de granodiorite dans une monzodiorite ............................................................ 39 Figure 43 : Monzodiorite (Échantillon : M072319) .......................................................................... 40 Figure 44 : Monzodiorite à hornblende et biotite .............................................................................. 41 Figure 45 : Diorite à quartz et injections de granodiorite (Échantillon : M072319) ......................... 42 Figure 46 : Contact entre une diorite à quartz et une injection de granodiorite ................................ 43 Figure 47 : Halo pléochroïque autour d’une apatite en inclusion dans de la biotite.......................... 43 Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page iv Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Figure 48 : Injection de granodiorite dans une diorite à quartz ......................................................... 43 Figure 49 : Cartographie à la micro XRF de la lame mince 11-JPA-03............................................ 45 Figure 50 : Cartographie à la micro XRF de la lame mince 11-JPA-08............................................ 45 Figure 51 : Cartographie à la micro XRF de la lame mince 11-JPA-11.1......................................... 46 Figure 52 : Cartographie à la micro XRF de la lame mince 11-JPA-11.2......................................... 46 Figure 53 : Diagramme multi-éléments des échantillons anorthositiques minéralisés en comparaison avec la composition moyenne des échantillons stériles ............................................... 48 Figure 54 : Diagrammes binaires de CaO, TiO2, MgO et SiO2 versus P2O5 des échantillons anorthositiques................................................................................................................................... 49 Liste des tableaux Tableau 1 : Paramètres utilisés lors de l’analyse à la microfluorescence-X........................................ 7 Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page v Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Résumé Ce projet de fin d’études a pour but de caractériser les roches encaissantes de la Zone Paul, principale zone minéralisée des dépôts de Fe-Ti-P du Lac à Paul (feuillet SNRC 22E15, 22E10) appartenant à Ressources d’Arianne Inc. De manière à faciliter le travail des géologues d’Arianne, une étude pétrographique a été réalisée afin d’identifier la minéralogie des échantillons et, dans le cas échéant, de modifier l’appellation de la lithologie. Un total de quinze lames minces polies ont été produites à partir de quatorze échantillons provenant de huit forages différents réalisés sur la Zone Paul par Arianne. Ces dépôts de Fe-Ti-P se trouvent au cœur de la propriété du Lac à Paul qui située à environ 200 km au nord de la ville de Saguenay et à environ 35 km à l’est de la centrale hydroélectrique de Chutes des Passes. D’un point de vue géologique, cette propriété est localisée dans la partie NE de la suite anorthositique du Lac-Saint-Jean (SALSJ) qui est elle-même située en plein cœur de la Province de Grenville. La Zone Paul est principalement occupée par des horizons de roches ultramafiques parfois très riches en oxydes de Fe-Ti et en apatite. Ces horizons ultramafiques sont essentiellement encaissés par des séquences anorthositiques portant occasionnellement le même type de minéralisation. La minéralogie et les textures observées lors de l’étude pétrographique ont permis de diviser les échantillons selon quatre faciès différents : 1) les roches anorthositiques : deux leucotroctolites, deux leuconorites, une norite et deux gabbros à amphibole; 2) les pyroxénites : une mélagabbronorite et une webstérite à oxydes de Fe-Ti; 3) les péridotites nelsonitiques : une métapéridotite nelsonitique; 4) les roches dioritiques : une granodiorite, trois monzodiorites et une diorite à quartz. Les échantillons inclus dans les faciès des péridotites nelsonitiques et des roches dioritiques ne sont pas considérés comme des roches encaissantes. Les péridotites nelsonitiques correspondent à un horizon ultramafique hydraté stratigraphiquement situé au niveau de la zone à nelsonites tandis que les roches dioritiques sont des unités tardives qui recoupent les séquences anorthositiques et ultramafiques. En plus de l’étude pétrographique, les analyses sur roche-totale des éléments majeurs ont été fournies par Arianne afin de comparer les échantillons anorthositiques minéralisés en apatite avec les échantillons anorthositiques stériles. Des analyses à la microfluorescence-X ont également été réalisées de manière à faciliter l’estimation de la composition modale de certains échantillons du faciès dioritique. Mises à part les péridotites nelsonitiques, les roches anorthositiques étudiées lors de ce projet sont les plus importantes au point de vue de leur contenu en apatite. Les observations pétrographiques ont permis de démontrer que les roches anorthositiques sont principalement caractérisées par des textures qui illustrent le taux de recristallisation des plagioclases et par des textures coronitiques issues d’une série de réactions métamorphiques. Il a également été démontré que les roches anorthositiques stériles et minéralisées ne montrent pas de différences majeures au point de vue pétrographique et géochimique mis à part leur contenu en apatite et en oxydes de Fe-Ti. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page vi Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Remerciements Je tiens tout d’abord à remercier les gens de la Chaire de Recherche du Canada en Métallogénie Magmatique, soit mon directeur de projet Philippe Pagé et ma codirectrice la professeure Sarah-Jane. Barnes. Tout au long de mon travail, Philippe Pagé a fait preuve de patience et s’est montré très disponible à mon égard. J’aimerais également remercier Les Ressources d’Ariannes Inc. et spécialement le géologue Hugues Guérin Tremblay qui est un ami, mais surtout un géologue d’avenir qui m’a permis de réaliser ce travail en partageant ces connaissances et en me fournissant le matériel nécessaire. J’aimerais remercier tous les professeurs du département des Sciences de la Terre qui ont répondus à mes questions et qui ont su me partager leur savoir tout au long de mes études. Pour terminer, j’aimerais aussi remercier ma famille et mes amis dont les géologues et futurs géologues que j’ai côtoyés pendant ces trois dernières années et avec qui j’ai eu beaucoup de plaisir. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page vii Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Liste des abréviations et des symboles % : Pourcent ± : Plus ou moins ˂ : Plus petit que… ˃ : Plus grand que… ≤ : Plus petit ou égal à… ≥ : Plus grand ou égal à… Al : Aluminium Am : Amphibole AMCG : Anorthosite-mangérite-charnockite-granite Ap : Apatite Aug : Augite Ba : Baryum Bt : Biotite Ca : Calcium Chl : Chlorite cm : Centimètre Cpx : Clinopyroxène Cum : Cummingtonite E : Est Ech : Échantillon Ed : Édénite Fe : Fer Hbl : Hornblende Ilm : Ilménite K : Potassium Kfs : Feldspath potassique km : Kilomètre Mag : Magnétite Mg : Magnésium m : Mètre mm : Millimètre Mn : Manganèse Ms : Muscovite N : Nord Na : Sodium O : Ouest Ol : Olivine Opx : Orthopyroxène Ox : Oxyde P: Phosphore Pl: Plagioclase Pn: Pendlandite Po: Pyrrhotite Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page viii Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Px: Pyroxène Qtz : Quartz Rt : Rutile S : Sud SALSJ : Suite anorthositique du Lac Saint-Jean Si : Silice Spl : Spinelle SNRC : Système national de référence cartographique Srp : Serpentine Ti : Titane Tlc : Talc Ttn : Titanite UQAC : Université du Québec à Chicoutimi μm : Micromètre Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page ix Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul 1 – Introduction Cette étude pétrographique vise à caractériser des échantillons provenant de forages effectués sur la Zone Paul, principale zone minéralisée des dépôts de Fe-Ti-P du Lac à Paul (feuillet SNRC 22E15, 22E10) appartenant à Ressources d’Arianne Inc. La collaboration de M. Hugues Guérin Tremblay, géologue pour Arianne, a permis et favorisé la réalisation du projet en fournissant des échantillons ainsi que plusieurs documents et rapports pertinents sur le sujet. Depuis 2003, Arianne concentre la plupart de ses travaux sur le développement des dépôts du Lac à Paul. En 1997, des indices de Fe-Ti-P intéressants y avaient été découverts à partir de forages réalisés par Mines Virginia Inc. et SOQUEM. C’est seulement depuis 2008 que LRA a renforcé sa position en acquérant la totalité des claims du secteur suite à la montée du prix du phosphore. Depuis, plusieurs travaux d’exploration et de développement ont été réalisés sur la propriété. Selon l’étude de préfaisabilité rendue publique en juillet 2012, le projet de mine à ciel ouvert de phosphore du Lac à Paul pourrait être très rentable. Cette étude est basée sur une durée d’exploitation de 17 ans et prévoit la production de 3 millions de tonnes par année d’un concentré de phosphore titrant à 38-39% P2O5. Ce projet de fin d’études a été réalisé afin de faciliter le travail des géologues d’Arianne en apportant des précisions sur certaines lithologies de la Zone Paul. Une description pétrographique des échantillons de forage ainsi qu’une brève étude géochimique des roches anorthositiques seront présentées dans les sections qui suivent. 2 – Problématique Ce projet de fin d’études a pour but de réaliser une caractérisation pétrographique des roches encaissantes de la Zone Paul, principale zone minéralisée des dépôts de Fe-TiP du Lac à Paul. En plus de fournir une description détaillée pour chacun des échantillons, le mandat proposé par Arianne avait également pour but d’identifier les principales différences entre les roches anorthositiques minéralisées et les roches anorthositiques stériles d’un point de vue pétrographique et géochimique. 3 – Localisation Le projet du Lac à Paul est situé dans les feuillets SNRC 22E15 et 22E10 à environ 200 km au nord de la ville de Saguenay dans la région du Saguenay-Lac-SaintJean, Québec, Canada (Figure 1). La propriété couvrant une superficie de plus de 26 000 hectares, soit plus de 260 km2, est constituée de plus de 471 claims désignés sur carte. L’accès à la propriété est le chemin forestier d’environ 170 km à partir de Saint-Ludgerde-Milot. Ce chemin permet d’accéder relativement facilement à un réseau ferroviaire ainsi qu’au port maritime en eau profonde de Grande Anse. De plus, la propriété est localisée à moins de 45 km de deux centrales hydroélectriques. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 1 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Figure 1 : Carte de localisation de la propriété Lac à Paul. (Tirée de Ressources d’Arianne Inc. (http://www.arianne-inc.com/)) 4 – Géologie 4.1 – Géologie régionale La suite anorthositique du Lac Saint-Jean (SALSJ), dont la superficie est de plus de 20 000 km2 (Fredette, 2006), se situe au centre de la Province de Grenville dans la ceinture allochtone polycyclique (Rivers et al., 1989). En plus de regrouper plusieurs lobes coalescents dont les principaux faciès sont l’anorthosite, le leucogabbro et la leucotroctolite (Woussen et al., 1988; Fredette, 2006), cette suite anorthositique d’âge protérozoïque comprend aussi des séquences mineures de roches mafiques telles que des gabbronorites, des gabbros, des norites, des troctolites, des diorites ferrifères, des pyroxènites ainsi que des roches ultramafiques dont des dunites, des péridotites et des roches riches en oxydes de Fe-Ti (Fredette, 2006). D’autres types de roches sont également présents dans la SALSJ. Ceux-ci sont principalement associés à des intrusions formant la suite AMCG (anorthosite-mangérite-charnockite-granite) (Higgins et van Breeman, 1996). Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 2 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Selon les travaux de Daigneault et al. (1999), la SALSJ serait dominée par un raccourcissement crustal NO-SE se manifestant par des signatures de chevauchement NNO. De plus, des linéaments NE-SO, correspondant à des corridors de déformation, recouvrent une partie importante du secteur à l’étude. Des linéaments NS sont également présents et pourrait correspondre au réajustement tardif des zones de chevauchement le long de failles NS (Huss, 2002). 4.2 – Géologie de la propriété du Lac à Paul Situé dans la partie NE de la SALSJ, le secteur du Lac à Paul est principalement constitué de roches anorthositiques. Selon les travaux de cartographie effectués par le Ministère des Ressources Naturelles (Hébert et Beaumier, 2000), ces roches anorthositiques seraient constituées d’anorthosites, de leuconorites, de norites, de gabbros, de gabbronorites et de gabbros à olivine (Figure 2). Quelques roches ultramafiques, telles que des pyroxénites, des péridotites, des dunites et des roches à oxydes de Fe-Ti, sont également présentes dans le secteur de la propriété (Hébert et Beaumier, 2000). Selon Huss (2002), du litage primaire serait localement visible en affleurement dans les leuconorites tandis que d’autres unités comme les péridotites et les troctolites posséderaient un litage primaire observable seulement sur les échantillons de forage. En plus des roches anorthositiques et ultramafiques, le secteur comprend également un faciès dioritique. Ce faciès est constitué de diorites ferrifères, de diorites, de monzodiorites et de granodiorites. Tous les échantillons qui ont permis la réalisation de ce projet proviennent de forages effectués sur la Zone Paul qui correspond actuellement au dépôt le plus important de la propriété du Lac à Paul. Ces échantillons contiennent tous un enrichissement variable en apatite et en oxydes de Fe-Ti. L’apatite du gisement du Lac à Paul est contenue dans une roche appelée nelsonite, ainsi que dans certaines roches anorthositiques de la SALSJ. Une nelsonite est une roche caractérisée par un enrichissement en Fe-Ti-P. Selon la nomenclature attribuée par Nabil (2003) lors d’une étude réalisée sur les dépôts de Fe-Ti-P associés aux intrusions litées, la nelsonite serait une roche pratiquement dépourvue de matériel silicaté. Par conséquent, celle-ci serait essentiellement constituée d’apatite, d’ilménite et de magnétite, avec une quantité inférieure à 5% de phase silicatée, telles que du pyroxène et/ou de l’olivine. D’après les observations effectuées lors de ce projet, aucun des échantillons fournis par Les Ressources d’Arianne Inc. ne correspond à une nelsonite typique. L’abondance et la nature des silicates contenus dans les échantillons étudiés permettent donc de les diviser en quatre faciès : 1) les roches anorthositiques : deux leucotroctolites, deux leuconorites, une norite et deux gabbros à amphibole; 2) les pyroxénites : une mélagabbronorite et une webstérite à oxydes de Fe-Ti; 3) les péridotites nelsonitiques : une métapéridotite nelsonitique; 4) les roches dioritiques : une granodiorite, trois monzodiorite et une diorite à quartz. Malgré l’absence de nelsonite parmi les échantillons étudiés, certaines roches anorthositiques et ultramafiques décrites lors de ce projet sont considérées comme du minerai par Arianne, car leur teneur en P2O5 est supérieure à la teneur de coupure (2,43% P2O5) tel que stipulé dans l’étude de préfaisabilité réalisée par Met-Chem. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 3 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Figure 2 : Carte géologique du secteur du Lac à Paul montrant plusieurs dépôts de Fe-Ti-P dont celui de la Zone Paul (Tirée de Ressources d’Arianne Inc. (http://www.arianneinc.com/)) Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 4 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul 5 – Méthodologie 5.1 – Descriptions pétrographiques Les quatorze échantillons fournis par Ressources d’Arianne proviennent de huit forages de la Zone Paul (Figure 3). Il s’agit des forages : PAU-11-54; PAU-11-55; PAU11-56; PAU-11-58; PAU-11-59; PAU-11-60; PAU-11-62; PAU-11-63 (Annexe 1). Les échantillons ont été choisis par le géologue, M. Hugues Guérin Tremblay, afin d’obtenir certaines précisions sur les lithologies constituant les roches encaissantes de cette zone. À partir de ces quatorze échantillons, quinze lames minces polies ont été produites. L’échantillon 11-JPA-11 a été divisé afin d’obtenir deux échantillons mégascopiques et ainsi produire deux lames minces (Lames minces : 11-JPA-11.1 et 11-JPA-11.2). 5.1.1 – Descriptions mégascopiques Afin de faciliter l’identification des lithologies de la Zone Paul, les échantillons mégascopiques ont été décrits selon les critères suivants : la couleur, la distribution des minéraux, la foliation et le magnétisme. L’identification des minéraux et des textures a uniquement été basée sur des observations à la loupe ou à l’œil nu. Les observations au microscope ont permis de valider et parfois même de corriger certaines de ces descriptions mégascopiques. 5.1.2 – Descriptions microscopiques De manière à produire des descriptions microscopiques représentatives pour chacun des échantillons de cette étude, la préparation des lames minces a été effectuée de façon à montrer l’ensemble de la minéralogie et des textures qui y sont associées. Afin d’appuyer ces descriptions, plusieurs photos microscopiques en lumière transmise ou en lumière réfléchie ont été prises à l’aide du microscope optique Olympus BX51 de l’Université du Québec à Chicoutimi (UQAC). De plus, des tableaux synthèses ont été réalisés pour chacun des échantillons, et ce, afin de donner des détails sur la composition modale et sur les caractéristiques des minéraux. Ces tableaux sont présentés à l’annexe 2. 5.1.3 – Classification des échantillons Les échantillons ont été classifiés en fonction du mode des principaux silicates constituant les roches. Les diagrammes ternaires Plag-Px-Ol et Plag-Px-Hbl (Annexe 3) ont été utilisés pour classifier les échantillons mafiques riches en plagioclases et qui sont constitués d’une ou de deux phases ferromagnésiennes comme l’orthopyroxène, l’olivine, la hornblende et la cummingtonite. Les minéraux secondaires associés aux textures coronitiques ont été négligés lors de la classification de ces échantillons. Le pôle hornblende (Hbl) du diagramme Plag-Px-Hbl a été considéré comme un pôle amphibole (Am) afin de classifier les échantillons riches en cummingtonite et en hornblende. Les échantillons mafiques à ultramafiques riches en clinopyroxènes et en orthopyroxènes ont été classifiés selon le diagramme Plag-Px-Ol et Ol-Opx-Cpx (Annexe 3). Les roches ultramafiques dont les minéraux ferromagnésiens sont complètement altérés en serpentine et/ou en talc ont été nommées «péridotite» par défaut. Les échantillons plus felsiques constitués de plagioclase, de feldspaths-K et de quartz ont été classifiés selon le diagramme ternaire Q-A-P (Annexe 3). Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 5 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Afin de mieux caractériser les roches riches en oxydes de Fe-Ti et apatite, une nomenclature basée sur l’abondance de ces minéraux a été appliquée pour certains échantillons. Par exemple, les échantillons contenant plus de 20% d’oxydes de Fe-Ti ou d’apatite se verront attribuer d’une appellation spécifique (Ex : Webstérite à oxydes de Fe-Ti). Le terme «nelsonitique» a été employé lorsque le contenu en apatite et en oxyde de Fe-Ti est de plus de 50% de la composition modale (Ex : Péridotite nelsonitique). Figure 3 : Carte d’un relevé magnétique aéroporté de la Zone Paul montrant la position des forages échantillonnés pour l’étude pétrographique (Tirée de Ressources d’Arianne Inc. (Par : Guérin Tremblay, H.)) 5.2 – Cartographie à la microfluorescence-X (XRF) La composition modale des échantillons est souvent difficile à estimer lorsque les grains de plagioclase ne peuvent être différenciés correctement des grains de feldspathsK lors de simples observations microscopiques. Les grains de plagioclase et de feldspaths-K, contenus dans certains échantillons du faciès dioritique, sont généralement difficiles à différencier lorsqu’ils sont dépourvus de macle et d’altération spécifique. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 6 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Afin de faciliter l’identification de ces minéraux et l’estimation de la composition modale de ces échantillons, une cartographie à la micro XRF a été réalisée pour les lames minces suivantes : 11-JPA-03, 11-JPA-08, 11-JPA-11.1 et 11-JPA-11.2. C’est à l’aide d’un appareil Eagle III, de la compagnie EDAX, que les analyses à la micro XRF ont été effectuées. Cette méthode d’analyse non destructive permet d’analyser plusieurs éléments majeurs simultanément en utilisant un faisceau de 50 μm. À partir d’une surface sélectionnée sur une lame mince, l’appareil peut alors construire une matrice pour chacun des éléments choisis. Les paramètres importants utilisés lors de cette cartographie sont identifiés dans le tableau 1. Sous la supervision de M. Dany Savard, responsable du laboratoire LabMater de l’UQAC, les cartes des éléments majeurs Si, K, Fe, Ti et P ont été produites pour les lames minces en question. Afin de ne pas confondre les grains de biotite avec les grains de feldspath-K des roches dioritiques, le potassium (K) associé aux minéraux contenant du fer (Fe) a été soustrait de la carte du potassium lors du traitement des analyses. Ainsi, le potassium dont il est question dans les résultats d’analyse correspond uniquement à celui des grains de feldspath-K. Des détails supplémentaires sur la correspondance des cartes de Si, Fe, Ti et P pour chacun des échantillons analysés sont présentés dans la section 7.1 (Cartographie des éléments majeurs à la micro XRF). Traitement d’image À l’aide de logiciels de traitement d’image tels que Adobe Photoshop CS4 et Corel Paint Shop Pro Photo X2, les cartes des éléments majeurs obtenues suite à l’analyse à la micro XRF ont été superposées sur les photos en lumière transmise des régions correspondantes. Chacun des éléments a été traité indépendamment de manière à rehausser les tons caractéristiques des principaux minéraux. L’estimation du mode de ces minéraux a ensuite été réalisée à l’aide d’une méthode permettant de calculer le nombre de pixels pour chaque couleur représentant un élément majeur, lui-même correspondant à une phase minérale en particulier. Tableau 1 : Paramètres utilisés lors de l’analyse à la microfluorescence-X Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 7 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul 6 – Descriptions pétrographiques Les descriptions pétrographiques qui suivent sont basées sur des observations effectuées sur quinze échantillons mégascopiques et quinze lames minces polies. Selon leur composition modale et leurs textures, les échantillons ont été regroupés selon quatre faciès constituant une partie de la géologie de la Zone Paul : 1) les roches anorthositiques : deux leucotroctolites, deux leuconorites, une norite et deux gabbros à amphibole; 2) les pyroxènites : une mélagabbronorite et une webstérite à oxydes de FeTi; 3) les péridotites nelsonitiques : une métapéridotite nelsonitique; 4) les roches dioritiques : une granodiorite, trois monzodiorites et une diorite à quartz. Des détails sur la composition modale et sur les principales caractéristiques des minéraux sont présentés pour chaque échantillon dans les tableaux de l’annexe 2. 6.1 – Les roches anorthositiques : leucotroctolites, leuconorites, norite et gabbros à amphibole Les roches de ce faciès s’apparentent directement aux lithologies de la SALSJ les plus souvent observées dans le secteur du Lac à Paul. Ce sont des roches généralement hétérogènes, massives et constituées de 25-50% de plagioclase dont la calcicité des porphyroclastes varie entre An30 et An45. Ces roches sont également constituées de 2055% d’olivines, d’orthopyroxènes et d’amphiboles. Ces minéraux ferromagnésiens ne sont pas toujours présents simultanément dans les roches de ce faciès. Des amas d’oxydes de Fe-Ti et des amas d’apatite constituent généralement entre 5-25% de la composition totale de ces roches. Il est également possible d’observer dans les roches anorthositiques, la présence de sulfures en trace à 1% montrant un assemblage typiquement magmatique composé de pyrrhotite, de pentlandite et de chalcopyrite. Selon Kehlenbeck (1972), des textures de déformation sont applicables à l’évolution des plagioclases dans les roches de la SALSJ. Celles-ci illustrent principalement le taux de recristallisation en réponse à la déformation. Les plagioclases des échantillons décrits lors de cette étude peuvent s’apparenter à quelques-unes de ces textures. Des textures de type protoclastique ont principalement été observées dans les roches troctolitiques et noritiques tandis que des textures de type porphyroclastique et oeillé ont été observées dans les gabbros à amphibole. Des textures coronitiques sont également fréquentes dans les roches troctolitiques et noritiques de la Zone Paul. Ces textures sont caractérisées par la formation de couronnes métamorphiques au pourtour de grains d’olivine, d’orthopyroxène ou d’oxydes de Fe-Ti. Ces coronites sont généralement le produit d’une réaction de déséquilibre avec les plagioclases ou d’une hydratation formant un ou plusieurs néo-minéraux. 6.1.1 – Les textures des roches anorthositiques Afin de mieux définir les principales textures associées aux échantillons du faciès anorthositiques, celles-ci seront décrites en détail dans les sections suivantes : a) les textures de déformation des plagioclases; b) les textures coronitiques; c) les textures associées aux amas d’oxydes de Fe-Ti et aux amas d’apatite. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 8 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul 6.1.1a – Les textures de déformation des plagioclases La texture protoclastique La texture protoclastique (Figure 4) observée lors de cette étude est généralement formée de cristaux xénomorphes à hypidiomorphes de plagioclase de taille variable, mais surtout grossière (≤ 15mm). Ces phénocristaux sont parfois accompagnés en périphérie de quelques néoblastes polygonaux (˂ 1mm) de calcicité inférieure. Lorsque la recristallisation est légèrement plus importante, il est possible d’observer en lame mince que les contacts entre les cristaux de plagioclase tendent à se suturer et à former une plus grande quantité de néoblastes pouvant parfois même former de petites zones granoblastiques. Des macles ondulantes ou en biseaux ainsi qu’une extinction roulante illustrent généralement la déformation interne des grains de plagioclase dans ce type de texture. La texture protoclastique se traduit sur les échantillons mégascopiques par la présence de cristaux de plagioclase mauves qui sont parfois accompagnés en périphérie d’une couronne blanchâtre reflétant la présence des néoblastes observés en lame mince. Figure 4 : Microphotographie en lumière polarisée (11-JPA-01) : Texture protoclastique formée de phénocristaux de plagioclase et de sous-grains de plagioclase avec néoblastes ˂ 1mm en bordure de grain. Les textures porphyroclastiques et oeillées La texture porphyroclastique (Figure 5) désigne un stade de recristallisation plus avancé des plagioclases. En lame mince, cette texture se caractérise par une augmentation de la proportion de néoblastes et par la présence de 10-25% de porphyroclastes. Les néoblastes sont généralement de forme polygonale (≤ 1mm) et sont distribués autour des Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 9 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul porphyroclastes (≤ 7mm) qui, à ce stade, ont généralement subi une forte déformation interne. Cette déformation s’illustre par une extinction roulante des grains et des macles ondulantes et/ou en biseaux alors que, localement, il y a absence totale de macle. Lorsque la taille des néoblastes augmente (≤ 2mm) et que le nombre de porphyroclastes diminue (5-10%), la texture est qualifiée d’oeillée. À ce stade, les néoblastes tendent à former des zones granoblastiques. Parmi les roches étudiées lors de ce projet, les plagioclases des gabbros à amphiboles montrent ce type de texture. Ces textures se traduisent sur les échantillons mégascopiques, par la présence de porphyroclastes de plagioclase bleus accompagnés de larges bandes blanchâtres reflétant la dominance des néoblastes. Figure 5 : Microphotographie en lumière polarisée (11-JPA-02) : Texture porphyroclastique formée d’un porphyroclaste de plagioclase entouré de néoblastes ≤ 1mm formant une texture granoblastique. 6.1.1b – Les textures coronitiques Les coronites autour des olivines Les coronites associées aux olivines des roches du faciès anorthositique sont formées lors d’un déséquilibre entre l’olivine et le plagioclase. Ces coronites sont généralement constituées d’une couronne interne d’orthopyroxène ± spinelle suivit d’une couronne externe d’amphibole verte (édénite). Celles-ci ont uniquement été observées dans les roches troctolitiques. Selon les études effectuées par Fredette (2006), la réaction suivante est impliquée pour former ce type de coronite : Olivine + Labradorite = Orthopyroxène +Spinelle +Édénite Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin (1) Page 10 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul L’olivine peut également être impliquée dans d’autres réactions. Quelques évidences de remplacement de l’olivine par des symplectites d’orthopyroxène et de magnétite ont été observées dans une leucotroctolite (11-JPA-04) et une norite (11-JPA07). De plus, la réaction 2 démontre que l’olivine peut être transformée en orthopyroxène et ainsi contribuer à la formation de coronites autour des oxydes de Fe-Ti. Olivine = Orthopyroxène + (Mg,Fe)2+ (2) Les coronites autour des orthopyroxènes Les coronites associées aux orthopyroxènes ont été observées dans toutes les roches noritiques. Ces coronites sont généralement formées d’une seule et unique couronne de hornblende verte. Selon Fredette (2006), cette couronne serait le résultat d’une altération des pyroxènes en hornblende en présence d’eau. Quelques grains de biotite, de muscovite et de spinelle ont également été observés au contact avec les grains d’orthopyroxène. Un des échantillons démontre que la formation d’une couronne externe d’amphibole en symplectite avec des plagioclases est également possible. L’apparition de la cummingtonite dans les gabbros à amphibole peut également être causée par la transformation des orthopyroxènes. Selon Deer et al. (1963), celle-ci peut apparaître selon la série de réactions suivante : Orthopyroxène → Cummingtonite → Hornblende (3) Les coronites autour des oxydes de Fe-Ti Ces coronites sont très fréquentes dans les roches de la SALSJ. Elles ont été observées dans la plupart des roches troctolitiques et noritiques de cette étude. Ce type de coronite se caractérise généralement par la présence d’une couronne interne de biotite suivit d’une couronne externe de hornblende ± spinelle autour des oxydes de Fe-Ti qui à l’origine, étaient en contact avec des plagioclases. Toujours selon Fredette (2006), les coronites autour des oxydes de Fe-Ti sont formées à partir de cette réaction : Plagioclase + Oxydes de Fe-Ti + H2O = Hornblende ± Spinelle ± Biotite (4) Il est également soutenu par Fredette (2006) qu’un apport externe de magnésium et de fer influe sur cette dernière réaction. Dans le cas des troctolites, cet apport peut être produit lors de la transformation de l’olivine en orthopyroxène tel qu’illustré par la réaction 2. Il est à noter qu’aucune différence n’a été observée entre les coronites formées autour de l’ilménite et les coronites formées autour de la magnétite. 6.1.1c – Les textures associées aux amas d’oxydes de Fe-Ti et aux amas d’apatite La recristallisation est abondante dans les roches apparentées à la SALSJ. Les amas d’oxydes de Fe-Ti et les amas d’apatite répondent à la déformation par une recristallisation partielle des grains, formant dans la plupart des échantillons de ce faciès, des jonctions triples ainsi que quelques grains polygonaux. Les amas d’oxydes de Fe-Ti sont interstitiels aux plagioclases et/ou aux amas d’apatite. Ils sont composés de grains xénomorphes d’ilménite et de magnétite (≤ 3mm). Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 11 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul L’ilménite domine sur la proportion de magnétite dans les roches anorthositiques. La magnétite est seulement présente en amas dans un des échantillons troctolitiques (Figure 6). Les amas d’apatite sont généralement en contact avec les amas d’oxydes de Fe-Ti (Figure 7). Ils sont constitués de grains xénomorphes à hypidiomorphes, trapus et partiellement recristallisés (≤ 2mm). Quelques grains automorphes d’apatite sont localement présents, mais isolés des amas habituels. Figure 6 : Microphotographie en lumière réfléchie (11-JPA-04) : Amas d’oxydes de Fe-Ti formé de grains de magnétite, d’ilménite et de spinelle. Figure 7 : Microphotographie en lumière réfléchie (11-JPA-06) : Amas d’oxydes de Fe-Ti formé de grains d’ilménite en contact avec un amas d’apatite. L’ilménite montre des jonctions triples marquant une recristallisation partielle des grains. 6.1.3 – Leucotroctolites 11-JPA-04 : Leucotroctolite Description mégascopique (Échantillon : H901084) Cet échantillon (Figure 8) provient du forage PAU-11-58 et a été prélevé entre 58 et 59 mètres le long du forage. Cette leucotroctolite (Annexe 3) est de couleur mauve clair à blanchâtre et vert olive à gris verdâtre. La roche est quasi homogène, massive et localement magnétique. Les zones de couleur mauve clair sont essentiellement constituées de phénocristaux (≤ 1.1cm) de plagioclase mauve et d’amas d’apatite (≤ 1cm). Les grains de plagioclase mauve sont localement accompagnés de petits grains de plagioclase blanchâtres (≤ 1mm). Des grains fins de biotite et d’amphibole verte (≤ 1mm) en coronite autour de grains moyens d’olivine et d’oxydes de Fe-Ti (≤ 4mm) constituent les zones de couleur vert olive à gris verdâtre. Le magnétisme de la roche suggère la présence de magnétite parmi les amas d’oxydes de Fe-Ti. Cette roche troctolitique a une composition apparente d’environ : 30-40% de plagioclase, 10-15% d’apatite, 15-20% Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 12 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul d’olivine, 10-15% d’oxydes de Fe-Ti et 10-15% de minéraux ferromagnésiens comme de la biotite et des amphiboles vertes. Figure 8 : Leucotroctolite : Échantillon (#H901084) prélevé entre 58 et 59 m le long du forage PAU-11-58. Description microscopique (Lame mince : 11-JPA-04) La minéralogie de cette leucotroctolite est principalement composée de 40% de plagioclase, de 15% d’olivine, de 12% d’apatite et de 15% d’oxydes de Fe-Ti. Comparativement aux autres roches de ce faciès, la magnétite est présente dans les amas d’oxydes de Fe-Ti. De plus, celle-ci semble contribuer au même degré que l’ilménite à la formation de coronites. La texture associée aux plagioclases dans cette roche est de type protoclastique. Elle est principalement constituée de phénocristaux (≤ 15mm) dont les macles sont légèrement déformées et de quelques sous-grains (≤ 2.2mm). Ces sous-grains montrent généralement des bordures suturées et des extinctions roulantes qui sont les principales évidences de la déformation subie par les grains protoclastiques. Des néoblastes parfois polygonaux sont généralement présents entre ces grains suturés. L’ensemble des plagioclases est légèrement altéré en séricite. La fraction ferromagnésienne de cet échantillon comporte une minéralogie complexe due à plusieurs réactions entre les olivines, les oxydes de Fe-Ti et les plagioclases. Les zones riches en olivine se présentent sous la forme de cumulus où les réactions coronitiques sont parfois abondantes dues aux cristaux de plagioclase qui les Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 13 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul entourent. Ces coronites, lorsque bien formées, sont composées d’une couronne interne d’orthopyroxène ± spinelle suivit d’une couronne externe d’édénite pouvant contenir des symplectites de spinelle sous la forme de vermicules (Figure 9). Les olivines peuvent également être partiellement ou totalement transformées en un assemblage de fins cristaux d’orthopyroxène en symplectite avec de la magnétite formant un pseudomorphe polyminéralique (Figure 10). De la serpentine s’est également développée sous la forme de bandes anastomosées via les fractures des grains d’olivine. Les grains d’olivine cumulus ont parfois subi l’effet de la recristallisation. Ceux-ci montrent généralement des jonctions triples entre les grains. Les coronites associées aux amas d’oxydes sont composées d’une couronne interne de biotite et d’une couronne externe de hornblende pouvant, comme dans les coronites autour des olivines, contenir des symplectites de spinelle en vermicules (Figure 9). Les amas d’apatite sont composés de grains xénomorphes et trapus (≤ 2.8mm) qui montrent des évidences de recristallisation partielle telles que des jonctions triples. Des microfractures recoupent ces grains partiellement recristallisés et forment un réseau de veinules de carbonates. Quelques grains idiomorphes d’apatite sont parfois en inclusions dans des olivines (Figure 9). On observe également des microfractures à l’intérieur des amas d’oxydes de Fe-Ti. Ces amas d’oxydes de Fe-Ti sont composés de grains xénomorphes ≤ 4mm d’ilménite et de grains xénomorphes (≤ 5.2mm) de magnétite accompagnés de quelques grains de spinelle (≤ 3.3mm). Des sulfures sont présents en trace dans la roche sous la forme de petits amas ou en veinules discontinues de pentlandite, de pyrrhotite et de chalcopyrite. Figure 9 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-04) : Coronites autour d’olivine et d’oxydes de Fe-Ti au contact avec des plagioclases. Figure 10 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-04) : Grain d’olivine partiellement remplacé par de l’orthopyroxène en symplectite avec de la magnétite. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 14 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul 11-JPA-12 : Leucotroctolite Description macroscopique (Échantillon : M072326) Cet échantillon (Figure 11) provient du forage PAU-11-62 et a été prélevé entre 312 et 313.5 mètres le long du forage. Cette leucotroctolite (Annexe 3) est de couleur mauve et vert foncé. La roche est quasi homogène, massive et légèrement magnétique. Les zones de couleur mauve sont constituées de grains moyens à grossiers de plagioclase mauve (≤ 7mm) et de quelques grains fins de plagioclase blanchâtre (≤ 1mm). Les zones de couleur vert foncé sont essentiellement constituées d’oxydes de Fe-Ti (≤ 2mm) et de minéraux ferromagnésiens (≤ 1mm), incluant de l’olivine, des amphiboles vertes, de la biotite et possiblement des pyroxènes. Comparativement à l’échantillon 11-JPA-04, les grains d’olivines sont difficilement visibles à l’œil nu. La composition apparente de cette leucotroctolite est d’environ : 45-50% de plagioclase, 5-10% d’olivine, 5-10% d’oxydes de Fe-Ti et 15-30% de minéraux ferromagnésiens. Figure 11 : Leucotroctolite : Échantillon (#M072326) prélevé entre 312 et 313.5 m le long du forage PAU-11-62. Description microscopique (Lame mince : 11-JPA-12) Comparativement à l’échantillon 11-JPA-04, cette roche troctolitique est plus riche en plagioclases, plus pauvre en oxydes de Fe-Ti et ne contient aucune apatite. La minéralogie de cette leucotroctolite est de 48% de plagioclase, 15% d’olivine et de 8% d’ilménite. Les autres phases présentes dans la roche sont essentiellement associées aux textures coronitiques affectant les olivines et les amas d’ilménite. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 15 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul La texture associée aux plagioclases est de type protoclastique. Elle est caractérisée par des cristaux porphyroclastiques et xénomorphes (≤ 5.2mm) de plagioclase aux macles généralement ondulantes et biseautées, accompagnés de sousgrains (≤ 4mm) aux macles diffuses et aux bordures suturées (Figure 12). Il est possible de percevoir en périphérie des sous-grains quelques néoblastes (≤ 0.4mm) parfois de forme polygonale. Les textures coronitiques qui caractérisent cette roche sont moins abondantes, mais minéralogiquement semblables à celles observées dans l’échantillon 11-JPA-04. Les couronnes réactionnelles affectant les grains d’olivine sont généralement composées d’une couronne interne d’orthopyroxène, parfois en symplectite avec des grains de spinelle localement en vermicule (Figure 13). Cette couronne d’orthopyroxène est parfois suivie d’une couronne externe d’édénite dont l’extinction des grains est rotationnelle autour de l’olivine. De plus, contrairement à l’échantillon 11-JPA-04, il est possible d’observer parmi les textures associées aux olivines, quelques pseudomorphes constitués d’orthopyroxène en symplectite avec de la hornblende. Les amas d’oxydes de Fe-Ti sont essentiellement composés de grains d’ilménite (≤ 2mm) et de quelques grains de spinelle (≤ 0.6mm) dont la granulométrie est supérieure à celle observée dans les coronites associées aux olivines. Les textures coronitiques associées aux amas d’ilménite sont composées d’une couronne interne de biotite et d’une couronne externe de hornblende parfois accompagnée de quelques grains de spinelle. Des assemblages magmatiques de pyrrhotite, pentlandite et chalcopyrite sont présents dans la roche et montrent des textures d’exsolutions de pentlandite en flammes dans les grains de pyrrhotite. Figure 12 : Microphotographie en lumière polarisée (11-JPA-12) : Bordures suturées de plagioclase et olivine coronitique. Figure 13 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-12) : Coronite autour d’olivine formée d’une couronne interne d’orthopyroxène ± spinelle et d’une couronne externe d’édénite. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 16 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul 6.1.4 – Leuconorites et norite 11-JPA-01 : Leuconorite Description mégascopique (Échantillon : K338876) Cet échantillon (Figure 14) provient du forage PAU-11-54 et a été prélevé entre 6 et 7.5 mètres le long du forage. Cette leuconorite (Annexe 3) est de couleur mauve et vert clair à brun verdâtre. La roche est hétérogène, massive et localement magnétique. Les zones de couleur mauve sont constituées de phénocristaux de plagioclase (≤ 2cm) tandis que les zones de couleur vert clair à brun verdâtre sont constituées d’amas d’oxydes de Fe-Ti (≤ 1cm), d’amas d’apatite (≤ 1cm) et de minéraux ferromagnésiens (≤ 6mm) comme des pyroxènes, des amphiboles et de la biotite. Les grains de biotite et d’amphibole sont généralement sous la forme de coronite autour des amas oxydes de FeTi ou autour des pyroxènes. La composition apparente de cette leuconorite est d’environ : 45-55% de plagioclase, 10-15% d’apatite, 5-10% d’oxydes de Fe-Ti et 20-30% de minéraux ferromagnésiens. Figure 14 : Leuconorite : Échantillon (#K338876) prélevé entre 6 et 7.75 m le long du forage PAU-11-54. Description microscopique (Lame mince : 11-JPA-01) La minéralogie de cette leuconorite est essentiellement constituée de 45% de plagioclase, 12% d’orthopyroxène, de 13% d’apatite et de 7% d’ilménite. Des phases secondaires sont également présentes dans la roche et sont principalement associées à des textures coronitiques bien développées autour des orthopyroxènes et des amas d’ilménite. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 17 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul La principale texture caractérisant les plagioclases est de type protoclastique. On peut observer dans la roche des phénocristaux xénomorphes à hypidiomorphes (≤ 13mm) de plagioclase montrant des contacts très irréguliers et formant, en périphérie, de petits néoblastes (≤ 3mm). On peut remarquer une disparition partielle des macles pour certains grains de plagioclase dont la recristallisation en bordure est plus avancée. Les macles des individus dont la recristallisation est moins intense en bordure de grain sont généralement ondulantes et en biseaux. L’instabilité entre les plagioclases et l’ilménite ainsi que l’hydratation des orthopyroxènes se traduisent par l’abondance de textures coronitiques dans cette roche. L’ilménite est présente en amas de grains partiellement recristallisés qui, lorsqu’en contact avec les plagioclases, forment une couronne interne de biotite suivit d’une couronne externe de hornblende ± spinelle (Figure 15). La couronne de biotite est généralement composée de grains sous la forme de plaquettes allongées avec extinction par secteur autour de l’ilménite. Ces grains ont tendance à être orientés de façon à ce que le clivage (001) soit perpendiculaire aux bordures des grains d’ilménite. La couronne de hornblende est généralement composée d’une mosaïque de grains xénomorphes aux jonctions triples et accompagnée de quelques grains de spinelle très finement grenus. La granulométrie des grains de hornblende tend à augmenter en s’éloignant de la couronne de biotite. La couronne présente autour des grains d’orthopyroxène est composée de hornblende et de quelques grains d’une variété de muscovite de couleur vert clair à incolore (Figure 16). L’agencement de la hornblende dans ce type de coronite se présente sous la forme de mosaïque dont les grains sont parfois polygonaux. Les grains d’orthopyroxène affectés d’une coronite sont également soumis à une forte recristallisation formant localement une texture granoblastique de grains polygonaux (≤ 1mm). Les grains d’orthopyroxène sans coronite sont de plus grande taille (≤ 5.5mm) et sont légèrement biotitisés. Les grains d’apatite (≤ 3mm) contenus dans la roche se présentent sous la forme d’amas dont la recristallisation partielle des grains est semblable à celle observée pour les amas d’ilménite. On peut également retrouver l’apatite sous la forme de grains idiomorphes et trapus. Les sulfures en trace dans la roche se caractérisent comme un assemblage typiquement magmatique de grains (≤ 0.3mm) de pentlandite, de pyrrhotite et de chalcopyrite. Des exsolutions de pentlandite dans les grains de pyrrhotite forment des textures en flamme. Figure 15 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-01) : Coronite autour d’ilménite formée d’une couronne de hornblende ± biotite au contact avec des plagioclases. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 18 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Figure 16 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-01) : Coronite autour d’orthopyroxène formée d’une couronne de hornblende ± muscovite. La section centrale d’orthopyroxène se présente sous la forme d’une mosaïque de sous-grains. 11-JPA-06 : Leuconorite Description mégascopique (Échantillon : H901280) Cet échantillon (Figure 17) provient du forage PAU-11-59 et a été prélevé entre 247.5 et 249 mètres le long du forage. Cette leuconorite (Annexe 3) est de couleur mauve et vert brunâtre à gris noirâtre. La roche est hétérogène, légèrement foliée et localement magnétique. Les zones de couleur mauve sont essentiellement constituées de grains moyens à grossiers de plagioclase mauve (≤ 8mm) et de quelques petits grains de plagioclase blanchâtre (≤ 1mm). Les zones de couleur vert brunâtre à gris noirâtre sont constituées de pyroxènes et d’oxydes de Fe-Ti (≤ 4mm) coronitiques. Ces coronites sont subtilement visibles. Elles sont essentiellement constituées de grains fins de biotite et d’amphibole verte (≤ 2mm). Des grains d’apatite (≤ 3mm) de couleur vert clair à blanchâtre sont généralement disposés au contact des zones coronitiques. La composition apparente de cette roche est d’environ : 50-65% de plagioclase, 5-10% de pyroxène, 1020% d’oxydes de Fe-Ti, 5-10% d’apatite et 10-15% de biotite et d’amphibole verte. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 19 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Figure 17 : Leuconorite : Échantillon (#H901280) prélevé entre 247.5 et 249 m le long du forage PAU-11-59. Description microscopique (Lame mince : 11-JPA-06) Cet échantillon a été caractérisé selon une minéralogie composée de 50% de plagioclase, de 18% d’ilménite, de 7% d’apatite et de 6% d’orthopyroxène. Comparativement aux autres roches noritiques de ce faciès, les coronites autour des orthopyroxènes sont plus complexes considérant l’apparition d’une couronne externe d’amphibole en vermicule de taille très fine en symplectite avec des plagioclases néoformés. Les plagioclases de cette roche suggèrent une texture protoclastique composée de grains xénomorphes (≤ 5.3mm) aux macles généralement déformées ou absentes. Ces grains de plagioclase sont généralement accompagnés de sous-grains (≤ 2.5mm) aux formes irrégulières et aux bordures légèrement suturées. Une légère séricitisation affecte, localement, quelques grains de plagioclase. La fraction ferromagnésienne de cette roche est dominée par des textures coronitiques. Les coronites d’orthopyroxène, lorsque bien développées, sont composées d’un cœur d’orthopyroxène formant une mosaïque de grains localement polygonaux. Ce cœur d’orthopyroxène est suivi d’une couronne interne de hornblende fortement recristallisée et formant une texture de type granoblastique. La couronne externe est formée de plagioclase en symplectite avec des amphiboles en vermicule très fine (Figure 18). L’identification de ces amphiboles a été déduite à partir de propriétés optiques difficilement visibles et selon une interprétation impliquant une perte de Ca des Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 20 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul plagioclases néoformés. Quelques grains de biotite sont également présents dans les couronnes de hornblende. Les couronnes formées à partir des amas d’ilménite sont semblables à celles observées dans les autres échantillons de ce faciès, mais sont cependant, localement, très mal développées. Elles sont composées d’une couronne interne de biotite en plaquette suivie d’une couronne de hornblende aux textures comparables à celles observées dans les couronnes de hornblende associées aux orthopyroxènes coronitiques. Les amas d’ilménite sont constitués de grains xénomorphes (≤ 2.6mm) et montrent parfois des macles lamellaires. L’apatite contenue dans cet échantillon forme également des amas dont les grains sont irréguliers ou trapus (≤ 1.8mm) et généralement microfracturés. Des sulfures sont présents en trace sous la forme d’assemblage de grains (≤ 1.1mm) de pentlandite, de pyrrhotite et de chalcopyrite. Comme pour les autres échantillons de ce faciès, des exsolutions de pentlandite sont abondantes dans quelques grains de pyrrhotite. Figure 18 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-01) : Coronite autour d’orthopyroxène formée d’une couronne interne de biotite et de hornblende et d’une couronne externe d’amphibole vermiculaire en symplectite avec des néograins de plagioclase. 11-JPA-07 : Norite Description mégascopique (Échantillon : H901294) Cet échantillon (Figure 19) provient du forage PAU-11-59 et a été prélevé entre 280.5 et 282 mètres le long du forage. Cette norite (Annexe 3) est de couleur mauve et Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 21 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul vert foncé à brunâtre. La roche est quasi homogène, légèrement foliée et magnétique. Les zones de couleur mauve sont constituées de grains moyens à grossiers de plagioclase (≤ 5mm) accompagnés de quelques petits grains de plagioclase blanchâtre (≤ 1mm). Les zones de couleur vert foncé à brunâtre sont essentiellement constituées de minéraux ferromagnésiens (≤ 2mm) comme des amphiboles vertes et des pyroxènes. La composition apparente de cette norite est d’environ : 35-40% de plagioclase, 20-30% de pyroxène, et 25-30% d’amphibole verte. Figure 19 : Norite : Échantillon (#H901294) prélevé entre 280.5 et 282 m le long du forage PAU-11-59. Description microscopique (Lame mince : 11-JPA-07) Cette norite est principalement composée de 35% de plagioclase, de 30% d’orthopyroxène, de 25% de hornblende et de 2% de magnétite. Comparativement aux autres roches noritiques de ce faciès, cet échantillon ne contient pas d’apatite ni d’ilménite. La texture associée aux plagioclases dans cette norite est de type protoclastique. Les porphyroclastes (3-6mm) sont fortement déformés et accompagnés de sous-grains (0,5-4mm) montrant des bordures suturées ainsi que des macles diffuses et parfois ondulantes. Les bordures suturées de ces grains suggèrent la formation de néoblastes polygonaux (≤ 0.4mm) et formant, localement, de petites zones granoblastiques. Les textures coronitiques qui caractérisent cette norite forment des amoncellements de grains (≤ 0.7mm) d’orthopyroxène accompagnés d’une couronne de Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 22 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul hornblende ± spinelle (Figure 20). Au cœur de ces textures on retrouve des grains de magnétite graphique en symplectite avec des orthopyroxènes suggérant, comme pour l’échantillon 11-JPA-04, la transformation d’olivines primaires (Figure 21). En s’éloignant du cœur, les grains d’orthopyroxènes sont généralement réduits à une texture de type granoblastique. Au contact avec la couronne de hornblende, du spinelle est présent sous la forme de grains xénomorphes en vermicule. La couronne de hornblende est également recristallisée à l’état granoblastique et montre localement une association avec une variété de muscovite de couleur vert clair à incolore. La présence de quelques amas de grains xénomorphes de biotite, dont l’orientation est radiale, suggère la destruction complète de petits amas d’oxydes de Fe-Ti. Comme pour les autres roches de ce faciès, des assemblages de grains (≤ 0.7mm) de pyrrhotite, de pentlandite et de chalcopyrite ont été observés. La pyrrhotite et la pentlandite sont impliquées dans la formation de texture en flamme (Figure 22). Dans cette norite, la pyrrhotite montre généralement deux couleurs suggérant l’apparition d’une deuxième génération d’exsolution de pentlandite. Figure 20 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-07) : Mosaïque granoblastique d’orthopyroxène coronitique. Figure 21 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-07) : Magnétite graphique en symplectite avec de l’orthopyroxène suite au remplacement d’un grain d’olivine coronitique. Figure 22 : Microphotographie en lumière réfléchie (11-JPA-07) : Texture en flamme formée d’exsolutions de pentlandite dans un grain de pyrrhotite accompagné de magnétite. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 23 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul 6.1.5 – Gabbros à amphibole 11-JPA-02 : Gabbro à amphibole Description mégascopique (Échantillon : H900833) Cet échantillon (Figure 23) provient du forage PAU-11-55 et a été prélevé entre 150 et 151 mètres le long du forage. Ce gabbro à amphibole (Annexe 3) est de couleur gris bleuté à blanchâtre et vert brunâtre. La roche est hétérogène, visiblement foliée et très faiblement magnétique. Les zones de couleur gris bleuté à blanchâtre sont constituées de quelques phénocristaux de plagioclase bleu (≤ 1cm) complètement cernés de zones ou de bandes à grains fins de plagioclase blanchâtre (≤ 1mm). Les zones vert brunâtre sont sous la forme de bandes anastomosées constituées d’oxydes de Fe-Ti (≤ 3mm), d’apatites (≤ 2mm) et de minéraux ferromagnésiens (≤ 4mm) comme des amphiboles et de la biotite. La composition apparente de ce gabbro est d’environ : 45-55% de plagioclase, 15-25% d’amphibole, 5-10% de biotite, 5-10% d’oxydes de Fe-Ti et 5-10% d’apatite. On devine la présence de quelques grenats (≤ 1mm) en bordure des oxydes de Fe-Ti dans les bandes anastomosées. Figure 23 : Gabbro à amphibole : Échantillon (#H900833) prélevé entre 150 et 151 m le long du forage PAU-11-55. Description microscopique (Lame mince : 11-JPA-02) La caractérisation de cette lithologie repose sur une minéralogie composée de 45% de plagioclase, de 15% de cummingtonite, de 13% de hornblende, de 10% d’apatite Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 24 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul et de 9% d’ilménite. Contrairement aux roches troctolitiques et noritiques, aucune texture coronitique n’a été observée dans cet échantillon. La texture que propose le niveau de recristallisation des plagioclases dans cette roche est de type porphyroclastique. Les néoblastes sont généralement polygonaux (≤ 1mm) et forment une texture granoblastique qui domine sur la proportion de porphyroclastes. Les porphyroclastes (≤ 9mm) sont pour la plupart du temps très déformés. Des extinctions roulantes ainsi qu’une absence totale ou partielle des macles traduisent cette déformation. Il est possible d’observer une légère altération en séricite sur l’ensemble des grains de plagioclase. La présence de cummingtonite et de hornblende dans ce gabbro à amphibole est possiblement le résultat de la transformation d’orthopyroxène en présence d’eau. Les grains de hornblende sont xénomorphes à hypidiomorphes (≤ 2.5mm) tandis que les grains de cummingtonite sont xénomorphes à idiomorphes (≤ 3.2mm) et parfois sous une forme losangique. Les grains de biotite qui accompagnent les amphiboles sont xénomorphes ≤ 2mm et sous la forme de plaquettes allongées. La distribution de ces minéraux ferromagnésiens suggère une orientation préférentielle dans la roche (Figure 24). Les amas d’ilménite sont généralement formés de grains xénomorphes (≤ 3mm) qui montrent des évidences de recristallisation partielle telles que des jonctions triples. Ces amas sont interstitiels aux grains de hornblende, de cummingtonite et de biotite. Les amas d’apatite sont constitués de grains xénomorphes et trapus (≤ 2.2mm). Ils sont généralement en contact avec les amas d’ilménite et, tout comme ces derniers, ils montrent les mêmes évidences de recristallisation partielle. Des assemblages typiquement magmatiques de pentlandite, de pyrrhotite et de chalcopyrite sont composés de grains xénomorphes (≤ 1mm). Figure 24 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA02) : Amas linéaire d’ilménite au contact d’un amas d’apatite et de grains de hornblende et de cummingtonite. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 25 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul 11-JPA-10 : Gabbro à amphibole Description mégascopique (Échantillon : M072279) Cet échantillon (Figure 25) provient du forage PAU-11-62 et a été prélevé entre 195 et 196.5 mètres le long du forage. Ce gabbro à amphibole (Annexe 3) est de couleur gris blanchâtre et vert foncé. La roche est hétérogène, légèrement foliée et localement magnétique. Les zones de couleur gris blanchâtre sont essentiellement composées de grains fins de plagioclase blanchâtre (≤ 2mm) et de quelques grains grossiers de plagioclase bleu (≤ 5mm). Les zones de couleur vert foncé sont constituées de bandes anastomosées à grains moyens (≤ 3mm) d’amphibole verte, d’oxydes de Fe-Ti et de biotite. De grains d’apatite (≤ 3mm) de couleur vert clair sont également présents dans ces zones. La composition apparente de ce gabbro à amphibole est d’environ : 30-45% de plagioclase, 30-40% d’amphibole, 5-10% de biotite, 5-10% d’apatite et 10-15% d’oxydes de Fe-Ti. Figure 25 : Gabbro à amphibole : Échantillon (#M072279) prélevé entre 195 et 196.5 m le long du forage PAU-11-62. Description microscopique (Lame mince : 11-JPA-10) Malgré quelques différences au point de vue de la granulométrie et de la composition modale, l’étude microscopique de cet échantillon révèle que ce gabbro à amphibole est très semblable à l’échantillon 11-JPA-02 au point de vue de la déformation et de la minéralogie. La roche est principalement composée de 25% de plagioclase, de 22% de hornblende, de 20% de cummingtonite, de 15% d’apatite et de 12% d’ilménite. La texture que propose le niveau de recristallisation des plagioclases dans cette roche est de type porphyroclastique ou œillé selon la proportion réelle de porphyroclastes Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 26 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul observée sur l’échantillon mégascopique. Les néoblastes (≤ 2mm) forment une texture de type granoblastique autour de quelques porphyroclastes (≤ 7.5mm) dont les macles sont diffuses ou partiellement absentes. Comme pour l’échantillon 11-JPA-02, la présence de cummingtonite et de hornblende dans ce gabbro à amphibole est possiblement le résultat de la transformation d’orthopyroxène lors d’une hydratation. Les grains de hornblende sont généralement xénomorphes à hypidiomorphes (≤ 3.5mm) tandis que les grains de cummingtonite sont hypidiomorphes à idiomorphes (≤ 2.9mm) et parfois sous une forme losangique. Quelques grains de biotite xénomorphes (≤ 2.4mm) accompagnent les amphiboles. Les amas d’ilménite sont constitués de grains (≤ 2.8mm) partiellement recristallisés. Ces amas sont interstitiels aux amas d’apatite et leur disposition suggère une remobilisation de l’ilménite (Figure 26). Les amas d’apatite sont constitués de grains xénomorphes et trapus (≤ 2.8mm) montrant quelques microfractures. Comme pour les amas d’ilménite, les grains d’apatite sont partiellement recristallisés. Figure 26 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-10) : Amas d’oxydes de Fe-Ti interstitiel en contact avec un amas d’apatite dont les grains sont partiellement recristallisés. De la hornblende et de la cummingtonite sont présentes au contact avec l’amas d’apatite. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 27 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul 6.2 – Les pyroxénites : mélagabbronorite et webstérite à oxyde de Fe-Ti 11-JPA-13.1 : Mélagabbronorite Description mégascopique (Échantillon : M072414) Cet échantillon (Figure 27) provient du forage PAU-11-63 et a été prélevé entre 186 et 187.5 mètres le long du forage. Cette roche gabbronoritique (Annexe 3) est de couleur vert foncé et localement gris clair. La roche est homogène, massive et magnétique. Elle est essentiellement constituée de grains moyens de pyroxènes (≤ 4mm) et de grains interstitiels (≤ 2mm) d’oxydes de Fe-Ti et de plagioclase. Sa composition apparente est d’environ : 65-70% de pyroxène, 15-20% de plagioclase et 10-15% d’oxydes de Fe-Ti. Des sulfures en trace sont localement visibles. Figure 27 : Mélagabbronorite : Échantillon (#M072414) prélevé entre 186 et 187.5 m le long du forage PAU-11-63. Description microscopique (Lame mince : 11-JPA-13.1) Cette mélagabbronorite est composée principalement de 45% d’augite, de 20% d’hypersthène, de 15% de plagioclase et de 12% d’ilménite. La texture qui la caractérise s’apparente à un orthocumulat de pyroxène accompagné de grains de plagioclase et d’amas d’oxydes de Fe-Ti interstitiels (Figure 28). L’augite se présente sous la forme de grains xénomorphes (≤ 3mm). L’augite est fréquemment maclée et une légère ouralitisation des bordures se propage quelques fois jusqu’au centre des grains. Les grains d’hypersthène sont xénomorphes à hypidiomorphes Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 28 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul et parfois sous la forme de phénocristaux (≤ 4.7mm). Des lamelles brun rougeâtre d’épaisseur variable (≤ 0.2mm) sont en exsolution dans les grains de pyroxène. Ces lamelles sont formées de rutile généralement en association avec de fines aiguilles d’ilménite (Figure 29). Des inclusions d’augite sont fréquemment observées dans les phénocristaux d’hypersthène. Les plagioclases sont essentiellement des sous-grains (≤ 2.2mm) qui montrent des évidences de déformation interne. Leurs macles sont déformées, voire ondulantes et/ou biseautées, et leurs bordures sont légèrement suturées. Ils sont parfois accompagnés en périphérie de quelques néoblastes (≤ 0.1mm). Quelques porphyroclastes (≤ 3.2mm) aux macles absentes ou diffuses ont également été observés entre les grains de pyroxène. Les amas interstitiels d’oxydes de Fe-Ti sont constitués de grains d’ilménite (≤ 1.9mm) partiellement recristallisés et fréquemment de forme polygonale. Ces amas d’ilménite sont généralement microfracturés et accompagnés de petits assemblages de grains (≤ 0.6mm) de pyrrhotite, de pentlandite et de chalcopyrite montrant des exsolutions de pentlandite dans la pyrrhotite. Il est également fréquent que les amas d’ilménite soient affectés de couronnes réactionnelles partiellement développées et constituées de grains de biotite et de hornblende Figure 28 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-13.1) : Grains d’augite et d’hypersthène avec plagioclase et ilménite interstitiels. Figure 29 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-13.1) : Grains d’augite avec exsolutions lamellaires de rutile-ilménite. 11-JPA-13.2 : Webstérite à oxyde de Fe-Ti Description mégascopique (Échantillon : M072407) Cet échantillon (Figure 30) provient du forage PAU-11-63 et a été prélevé entre 168 et 171 mètres le long du forage. Cette webstérite (Annexe 3) est de couleur vert Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 29 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul foncé à gris noirâtre métallique. La roche est homogène, massive et localement très magnétique. Elle est essentiellement constituée de grains moyens de pyroxène (≤ 4 mm) et de grains fins interstitiels d’oxydes de Fe-Ti (≤ 2 mm). Sa composition apparente est d’environ: 70-80% de pyroxène et 20-30% d’oxydes de Fe-Ti. Des traces de sulfures sont également visibles localement. Figure 30 : Webstérite à oxydes de Fe-Ti : Échantillon (#M072407) prélevé entre 168 et 171 m le long du forage PAU-11-63. Description microscopique (Lame mince : 11-JPA-13.2) Cette webstérite à oxydes de Fe-Ti est essentiellement constituée de 40% d’augite, de 20% d’hypersthène, de 25% d’ilménite et de 5% de magnétite. L’apparition de magnétite et l’absence de plagioclase sont les principaux critères permettant de différencier cette roche de l’échantillon 11-JPA-13.1. Quelques sous-grains de plagioclase sont présents, mais ceux-ci sont cependant associés à une zone de mélagabbronorite s’apparentant à la minéralogie et aux textures de l’échantillon 11-JPA13.1. Il est donc possible, à cet endroit, d’observer un contact entre une mélagabbronorite et une webstérite riche en oxyde de Fe-Ti. La zone à mélagabbronorite contient vraisemblablement une plus grande abondance de grains de hornblende associés à un processus d’ouralitisation des pyroxènes. Quelques grains de biotite en trace semblent être apparentés au développement de coronites autour de petits amas d’ilménite. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 30 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul La zone à webstérite s’apparente à une texture d’orthocumulat d’augite et d’hyperstène accompagné d’amas interstitiels constitués de grains partiellement recristallisés d’ilménite (≤ 1.9mm) et de magnétite (≤ 2.1mm) (Figure 31). Comme pour la mélagabbronorite, les pyroxènes contiennent fréquemment des exsolutions sous la forme de lamelle brun rougeâtre de rutile-ilménite. Les grains d’augite peuvent également s’altérer en hornblende. Ce type d’altération semble s’apparenter à une réaction d’instabilité au contact des amas d’oxydes de Fe-Ti. Des grains de magnétite et/ou d’ilménite secondaire sont présents en symplectite avec des pyroxènes de taille fine à très fine (≤ 0.1mm). Cette texture suggère la destruction d’olivine primaire. De plus, on note dans cette webstérite la présence de quelques grains trapus d’apatite (≤ 0.7mm) et de quelques assemblages de sulfures typiquement magmatiques constitués de grains xénomorphes (≤ 0.6mm) de pyrrhotite, de pentlandite et de chalcopyrite. Figure 31 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-13.2) : Grains d’augite et d’hypersthène avec amas d’oxydes de Fe-Ti interstitiels formés de magnétite et d’ilménite. 6.3 – Les péridotites nelsonitiques 11-JPA-09 : Métapéridotite nelsonitique Description mégascopique (Échantillon : M072065) Cet échantillon (Figure 32) provient du forage PAU-11-60 et a été prélevé entre 169.1 et 171.3 mètres le long du forage. Cette roche d’aspect cireux est de couleur vert foncé à noirâtre et de granulométrie fine à très fine (≤ 1mm). Elle est homogène, foliée et Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 31 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul faiblement magnétique. Sa composition apparente est d’environ : 50-60% de talc et de serpentine et 40-50% d’apatite et d’oxydes de Fe-Ti. La granulométrie très fine fait en sorte qu’il est difficile d’identifier les minéraux avec certitude. L’étude microscopique a permis de mieux définir la minéralogie. Figure 32 : Métapéridotite nelsonitique : Échantillon (#M072065) prélevé entre 169.1 et 173.3 m le long du forage PAU-11-60. Description microscopique (Lame mince : 11-JPA-09) Cette métapéridotite nelsonitique est constituée de 40% de talc, de 30% d’apatite, de 20% d’ilménite et de 10% de serpentine. Le talc et la serpentine y sont présents sous la forme d’aiguille (≤ 0.2mm) constituant des grains pseudomorphes (≤ 0.5mm). Le talc peut également être présent sous une forme fibreuse (≤ 0.8mm) marquant une forte foliation dans la roche. Deux types de pseudomorphes ont été identifiés dans cet échantillon (Figure 33). Les plus abondants sont possiblement des grains recristallisés d’olivine (≤ 0.4mm) complètement altérée en talc et parfois même en serpentine. Ce type de pseudomorphe forment avec des grains partiellement recristallisés d’ilménite (≤ 1.1mm), une texture de type granoblastique. En plus d’être altéré en talc et en serpentine, le deuxième type de pseudomorphe semble avoir subi une phase supplémentaire d’altération formant une légère zonation brunâtre sur les grains. De plus, des lamelles brunes à rougeâtre de rutileilménite sont en exsolution dans ce type de pseudomorphe. Dans les échantillons du faciès de pyroxénites, on retrouve ce type d’exsolution dans la plupart des grains de pyroxène. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 32 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul L’ilménite se présente dans la roche sous la forme de petits amas de grains parfois polygonaux. Certains de ces grains sont altérés en rutile et sont parfois polyminéraliques avec de la titanite (Figure 34). L’apatite est très abondante dans cet échantillon. Elle se présente généralement sous la forme de grains (≤ 0.9mm) trapus et microfracturés ou de forme polygonale. De la pentlandite en trace est également disséminée dans la roche. Figure 33 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-09) : Olivines et pyroxènes pseudomorphisés par du talc et de la serpentine dans une métapéridotite nelsonitique. Figure 34 : Microphotographie en lumière réfléchie (11-JPA-09) : Altération de rutile et de titanite sur ilménite formant un grain polyminéralique. 6.4 – Les roches dioritiques : granodiorite, monzodiorites et diorite à quartz Les roches dioritiques sont de composition légèrement plus felsique que les roches typiquement associées à la SALSJ. Elles sont constituées de 40-65% de plagioclase dont la calcicité varie entre An21 et An25, de 5-20% de feldspath-K, de 530% de quartz et de 10-40% de minéraux ferromagnésiens comme de la hornblende verte, de la biotite et des clinopyroxènes. Quelques grains de titanite, d’apatite et de sulfures magmatiques comme de la pyrrhotite, de la pentlandite et de la chalcopyrite peuvent également être observés dans les monzodiorites et la diorite à quartz. L’apatite contenue dans ces roches est généralement disséminée en trace à 1% sous la forme de grains idiomorphes très fins et parfois hexagonaux. Les monzodiorites et la diorite à quartz sont généralement foliées et montrent parfois des textures métamorphiques de type lédipoblastique, nématoblastique ou granoblastique. Des injections de matériel granodioritique sont encaissées dans ces roches. Ces injections sont orientées selon la foliation et montrent des évidences de déformation ductile. En comparaison, la granodiorite (11-JPA-05) décrite lors de cette Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 33 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul étude ne montre aucune évidence de déformation. Celle-ci est plutôt caractérisée par des textures typiquement magmatiques. Les grains de plagioclase et de feldspath-K contenus dans les monzodiorites et la diorite à quartz de cette étude sont souvent difficiles à différencier en lame mince. L’évaluation de la composition modale de celles-ci a donc été effectuée à l’aide d’une cartographie des éléments Si, K, Fe, Ti et P à la micro-XRF. 11-JPA-05 : Granodiorite Description mégascopique (Échantillon : H901142) Cet échantillon (Figure 35) provient du forage PAU-11-58 et a été prélevé entre 209.1 et 209.8 mètres le long du forage. Cette granodiorite (Annexe 3) est de couleur gris très clair à blanchâtre. La roche est homogène, massive, non magnétique et sa granulométrie est fine à moyenne (≤ 2mm). Sa composition apparente est d’environ : 4050% de feldspath, 20-30% de quartz, 10-20% de feldspath-K et 10-15% de biotite. En mégascopique, les grains de feldspath-K sont difficilement différenciables des grains de plagioclase. Ils sont généralement de couleur légèrement plus blanchâtre. Figure 35 : Granodiorite : Échantillon (#H901142) prélevé entre 209.1 et 209.8 m le long du forage PAU-11-58. Description microscopique (Lame mince : 11-JPA-05) Cet échantillon est essentiellement constitué de 40% de plagioclase, de 30% de quartz, de 20% de feldspath-K et de 10% de biotite. En comparaison avec les autres Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 34 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul échantillons du faciès dioritique, cette granodiorite est une roche non déformée qui montre plusieurs textures typiquement magmatiques. À l’exception de quelques phénocristaux, la plupart des grains de plagioclase, de feldspath-K et de quartz sont de taille moyenne (≤ 2mm) et forment une texture de type granulaire (Figure 36). Les grains de plagioclase et de feldspath-K constituant cette texture sont xénomorphes à hypidiomorphes et sont parfois en intercroissance (Figure 37). Ce phénomène d’intercroissance est également visible sur des grains de feldspath-K contenant des lamelles biseautées d’albite. Ces lamelles sont d’épaisseur variable et traduisent une texture micro-perthitique à perthitique et parfois même anti-perthitique. Les macles en jupes écossaises typiques des grains de microcline ainsi qu’une forte séricitisation des plagioclases sont des caractéristiques permettant de différencier facilement les deux phases. Parmi les phénocristaux observés, ceux de feldspath-K (≤ 6.1mm) sont poecilitiques et contiennent des inclusions de plagioclase et de quartz. Les grains de quartz sont généralement xénomorphes (≤ 5mm) et interstitiels aux grains de plagioclase et de feldspath-K. Le quartz peut également se présenter sous la forme de fines vermicules (˂ 1mm) associées à la formation de myrmékites. Ces vermicules de quartz sont en intercroissance avec des néo-grains d’albite (≤ 1mm) formés au contact entre des grains de plagioclase et de microcline. Les grains de biotite (≤ 1.1mm) qui coexistent avec le matériel quartzo-feldspathique sont dans la plupart des cas fortement et parfois même entièrement chloritisés. Figure 36 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-05) : Texture granulaire formée de grains de plagioclase, de quartz et de feldspath-K. Figure 37 : Microphotographie en lumière polarisée (11-JPA-05) : Plagioclase en intercroissance avec feldspath-K formant un grain polyminéralique. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 35 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul 11-JPA-03 : Monzodiorite Description mégascopique (Échantillon : H900953) Cet échantillon (Figure 38) provient du forage PAU-11-56 et a été prélevé entre 114 et 117.3 mètres le long du forage. Cette monzodiorite (Annexe 3) est de couleur brun verdâtre à gris clair. La roche est homogène, non magnétique et sa granulométrie est fine à très fine (≤ 1mm). Elle est essentiellement constituée de feldspaths, de biotite et d’amphibole. Les grains de biotite et d’amphibole suggèrent une forte foliation dans la roche. Des injections de matériel quartzo-feldspathique sont orientées selon cette foliation et sont parfois plissées. Ces injections sont d’épaisseur millimétrique à centimétrique dans les zones de plissement. La composition apparente de cette monzodiorite (excluant les injections) est d’environ : 60-70% de feldspaths et de 30-40% de minéraux ferromagnésiens comme des amphiboles vertes et de la biotite. Figure 38 : Monzodiorite : Échantillon (#H900953) prélevé entre 114 et 117.3 m le long du forage PAU-11-56. Description microscopique (Lame mince : 11-JPA-03) Cet échantillon est principalement constitué de 55% de plagioclase, de 18% de biotite, de 10% de feldspath-K, de 12% de hornblende et de 3% de quartz. Les observations microscopiques suggèrent que cette monzodiorite est fortement déformée et localement injectée d’un matériel dont la composition s’apparente à une granodiorite. Ces injections sont constituées de grains xénomorphes (≤ 1.2mm) de plagioclase, de feldspath-K et de quartz. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 36 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul La texture suggérée par l’agencement des grains de biotite et de hornblende de cette monzodiorite est de type némato-lépidoblastique (Figure 39). Cette texture métamorphique est caractérisée par le parallélisme des grains de biotite et de hornblende qui sont orientés selon la foliation. Les grains de biotite sont xénomorphes (≤ 1mm) sous la forme de plaquette parfois allongée tandis que les grains de hornblende sont xénomorphes à hypidiomorphes (≤ 1.1mm). Les grains de feldspath-K sont généralement difficiles à différencier des grains de plagioclase et de quartz. Ils sont xénomorphes (≤ 0.8mm), dépourvus de macle et parfois micro-perthitique. Les grains de plagioclase sont également xénomorphes (≤ 0.8mm) et occasionnellement non maclés. Ils forment localement une texture de type granoblastique avec les grains de feldspath-K et de quartz. Quelques grains xénomorphes d’ilménite (≤ 0.3mm) et de sulfures (≤ 0.2mm) sont disséminés dans la roche. Ces sulfures ont été identifiés comme de la pentlandite et de la chalcopyrite. De l’apatite est également présente en trace sous la forme de grain idiomorphe (≤ 0.2mm) parfois même hexagonal. Figure 39 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-03) : Monzodiorite montrant une texture némato-lépidoblastique caractérisée par l’alignement de grains de hornblende et de biotite. 6.4.1c - 11-JPA-08 : Monzodiorite Description mégascopique (Échantillon : H901291) Cet échantillon (Figure 40) provient du forage PAU-11-59 et a été prélevé entre 271.3 à 274.7 mètres le long du forage. Cette monzodiorite (Annexe 3) est de couleur brun verdâtre à gris clair. La roche est homogène, foliée, faiblement magnétique et sa granulométrie est très fine (˂ 1mm). Elle est principalement constituée de feldspaths et de Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 37 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul biotite. L’agencement des grains de biotite suggère une forte foliation dans la roche. Quelques injections composées de matériel quartzo-feldspathique sont orientées selon cette foliation. La composition apparente de cette monzodiorite (excluant les injections) est d’environ : 60-70% de feldspaths et 30-40% de minéraux ferromagnésiens comme de la biotite. Figure 40 : Monzodiorite : Échantillon (#H901291) prélevé entre 271.3 et 274.7 m le long du forage PAU-11-59. Description microscopique (Lame mince : 11-JPA-08) Cette monzodiorite est constituée de 50% de plagioclase, de 28% de biotite, de 12% de clinopyroxène et de 10% de feldspath-K. En comparaison avec les autres monzodiorites du faciès dioritique, celle-ci est caractérisée par une granulométrie légèrement plus fine. La texture suggérée par l’agencement des grains de biotite est de type lépidoblastique (Figure 41). Cette texture est caractérisée par le parallélisme des grains de biotite qui sont orientés selon la foliation. Ces grains sont xénomorphes (≤ 0.6mm) et généralement sous la forme de plaquette parfois allongée. Les grains de clinopyroxène sont xénormophes (≤ 0.8mm) et généralement en contact avec la biotite. Les grains de feldspath-K sont difficiles à différencier des grains de plagioclase. Ils sont xénomorphes (≤ 0.5mm), dépourvus de macle et parfois micro-perthitique. Les grains de plagioclase sont également xénomorphes (≤ 0.5mm) et occasionnellement non maclés. Ils forment localement une texture granoblastique avec les grains de feldspath-K. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 38 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Des grains idiomorphes d’apatite (≤ 0.1mm) et des assemblages de sulfure magmatique sont également présents en trace et disséminés dans la roche. Quelques injections de matériel granodioritique sont orientées selon la foliation et principalement composées de grains xénomorphes (≤ 1mm) de plagioclase, de feldsapth-K et de quartz (Figure 42). Les grains de feldspath-K contenus dans ces injections montrent parfois une texture de type micro-perthitique. Figure 41 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-08) : Monzodiorite montrant une texture lépidoblastique caractérisée par le parallélisme des grains de biotite. Figure 42 : Microphotographie en lumière polarisée (11-JPA-08) : Injection de granodiorite orientée selon la foliation. 11-JPA-11.1 : Monzodiorite Description mégascopique (Échantillon : M072319) Cet échantillon (Figure 43) provient du forage PAU-11-62 et a été prélevé entre 297 et 300 mètres le long du forage. Cette monzodiorite (Annexe 3) est de couleur brun verdâtre à gris clair. La roche est homogène, localement légèrement magnétique et sa granulométrie est fine (≤ 2mm). Elle est essentiellement composée de feldspaths, de biotite et d’amphibole verte. Les grains de biotite et d’amphibole montrent une foliation dans la roche. La composition apparente de cette monzodiorite est d’environ : 60-70% de feldspaths, 15-20% d’amphibole et 15-20% de biotite. Contrairement aux autres monzodiorites étudiées, il est possible d’observer dans cet échantillon mégascopique quelques grains (˂ 1mm) de titanite et de sulfure en trace. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 39 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Figure 43 : Monzodiorite : Échantillon (#M072319) prélevé entre 297 et 300 m le long du forage PAU-11-62. Description microscopique (Lame mince : 11-JPA-11.1) Cet échantillon est constitué de 50% de plagioclase, 17% de feldspath-K, 15% de hornblende et 14% de biotite. En comparaison avec les autres monzodiorites, celle-ci montre une granulométrie légèrement plus grossière et possède un contenu en titanite (Figure 44). La texture suggérée par l’agencement des grains de biotite et de hornblende est localement de type némato-lépidoblastique. Cette texture est caractérisée par des grains subparallèles à parallèles de biotite xénomorphe (≤ 1.2mm) et de hornblende xénomorphe à hypidiomorphe (≤ 1.5mm). Comme pour les autres monzodiorites, les grains de feldspath-K et de plagioclase sont difficiles à différencier. Les deux phases sont xénomorphes (≤ 1.5mm) et forment localement une texture granoblastique entre les minéraux ferromagnésiens. La titanite se présente généralement sous la forme de grains xénomorphes à hypidiomorphes (≤ 0.9mm). Des grains idiomorphes d’apatite (≤ 0.3mm) parfois de forme hexagonale et des assemblages de sulfures sont disséminés en trace. La roche contient également des zones enrichies de grains xénomorphes (≤ 3mm) de quartz et de feldspath-K suggérant la présence d’injections dont la composition s’apparente à une granodiorite. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 40 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Figure 44 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-11.1) : Monzodiorite à hornblende et biotite montrant quelques grains de titanite et d’apatite. 11-JPA-11.2 : Diorite à quartz et granodiorite Description mégascopique (Échantillon : M072319) Cet échantillon (Figure 45) provient du forage PAU-11-62 et a été prélevé entre 297 et 300 mètres le long du forage directement en contact avec l’échantillon 11-JPA11.1. La roche est hétérogène, localement faiblement magnétite et sa granulométrie est fine (≤ 1mm). Elle est constituée de zones mélanocrates (diorite à quartz) et leucocrates (granodiorite), donnant à la roche une allure gneissique. Les zones mélanocrates sont de couleur brun verdâtre à gris clair et sont essentiellement composées de feldspaths, de quartz et de biotite. L’agencement des grains de biotite suggère une foliation dans la roche. La composition apparente des zones mélanocrates est d’environ : 60-70% de feldspaths, de 5-10% de quartz, de 15-20% de biotite et de 1-2% de titanite. Quelques sulfures sont visibles en trace sur l’échantillon mégascopique. Les zones leucocrates sont considérées comme des injections de matériel quartzofeldspathique. Elles sont de couleur gris clair à blanchâtre, localement rose saumon, et leur composition apparente est d’environ : 50-55% de plagioclase, de 25-35% de quartz et de 10-15% de feldspath-K. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 41 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Figure 45 : Diorite à quartz : Échantillon (#M072319) prélevé entre 297 et 300 m le long du forage PAU-11-62. Description microscopique (Lame mince : 11-JPA-11.2) Cette roche est composée de deux domaines bien définis. Le premier domaine est une diorite à quartz à grains fins constituée de 65% de plagioclase, 20% de biotite, 8% de quartz et de 3% de feldspath-K. La texture suggérée par l’agencement des grains est de type lépidoblastique à grano-lépidoblastique (Figure 46). Cette texture est caractérisée par des grains xénomorphes (≤ 0.9mm) de plagioclase, de feldspath-K et de quartz formant localement une texture granoblastique entre des grains de biotite (≤ 2.1mm) subparallèles à parallèles entre eux. Comme pour les monzodiorites, les grains de plagioclase et de feldspath-K sont dépourvus de macles et sont difficiles à différencier. Un halo pléochroïque est formé dans les grains de biotite contenant des inclusions d’apatite (Figure 47). Celle-ci est disséminée (≈1%) dans la roche sous la forme de grain hexagonal (≤ 0.3mm). Des grains xénomorphes de titanite (≤ 1mm) et d’ilménite (≤ 0.3mm) forment localement des symplectites. Des grains hypidiomorphes de zircon (≤ 0.1mm) et des grains xénomorphes d’allanite (≤ 0.3mm) sont présents en trace et forment également un halo pléochroïque lorsqu’ils sont en inclusions dans de la biotite. Le deuxième domaine est un matériel granodioritique à grains fins encaissé dans la diorite à quartz. Ces injections sont constituées de 55% de plagioclase, de 30% de quartz, de 15% de feldspath-K et de micas en trace (Figure 48). Les grains de feldspath-K Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 42 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul sont xénomorphes (≤ 1mm), maclés en jupe écossaise et très peu altérés tandis que les grains de plagioclase sont xénomorphes (≤ 1mm), rarement maclés, mais généralement séricitisés. Ceux-ci sont accompagnés de quartz en rubans polycristallins (≤ 6.5mm) (Figure 46) orientés selon la foliation et suggérant une déformation ductile importante dans la roche. Figure 46 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-11.2) : Texture lépidoblastique à grano-lépidoblastique d’une diorite à quartz au contact d’une injection de granodiorite montrant des grains de quartz en ruban. Figure 47 : Microphotographie en lumière naturelle (11-JPA-11.2) : Grains d’apatite formant un halo pléocroïque en inclusion dans un grain de biotite. Figure 48 : Microphotographie en lumière polarisée (11-JPA-11.2) : Injection de granodiorite formée de grains de plagioclase, de feldspath-K et de quartz. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 43 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul 7 – Géochimie des éléments majeurs 7.1 – Cartographie des éléments majeurs à la microflurescence-X (XRF) Afin d’estimer la composition modale des échantillons contenant des phases silicatées difficiles à différencier, des cartes des éléments majeurs Si, K, Fe, Ti et P ont été réalisées pour les échantillons dioritiques suivants : 11-JPA-03, 11-JPA-08, 11-JPA11.1 et 11-JPA-11.2. Les résultats obtenus suite à cette cartographie à la micro XRF sont présentés à l’annexe 4. Correspondance des cartes chimiques Les figures 49 à 52 montrent la compilation des cartes chimiques pour chacun des échantillons analysés. Les cartes du potassium (K) et du phosphore (P) correspondent respectivement aux grains de feldspath-K et d’apatite pour tous les échantillons. Les cartes de la silice (Si) correspondent aux grains de quartz pour les échantillons 11-JPA-03 et 11-JPA-11.2 et aux grains de plagioclase pour l’échantillon 11-JPA-11.1 Les cartes du titane (Ti) correspondent aux grains d’ilménite pour l’échantillon 11-JPA-03, aux grains de biotite pour l’échantillon 11-JPA-08, aux grains de titanite pour l’échantillon 11-JPA-11.1 et aux grains d’ilménite et de titanite pour l’échantillon 11-JPA-11.2. Les cartes du fer (Fe) correspondent aux grains de biotite et de hornblende pour les échantillons 11-JPA-03 et 11-JPA-11.1, aux grains de clinopyroxène pour l’échantillon 11-JPA-08 et aux grains de biotite pour l’échantillon 11-JPA-11.2. Les plagioclases pour les échantillons 11-JPA-03, 11-JPA-08 et 11-JPA-11.2 ne correspondent à aucun élément chimique analysé lors de cette cartographie. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 44 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Figure 49 : Superposition des cartes des éléments K, Fe, Si, Ti et P (Micro XRF) sur une mosaïque de microphotographies (4) pour la lame mince 11-JPA-03. Figure 50 : Superposition des cartes des éléments K, Fe, Ti et P (Micro XRF) sur une mosaïque de microphotographies (4) pour la lame mince 11-JPA-08. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 45 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Figure 51 : Superposition des cartes des éléments K, Fe, Si, Ti et P (Micro XRF) sur une mosaïque de microphotographies (4) pour la lame mince 11-JPA-11.1. Figure 52 : Superposition des cartes des éléments K, Fe, Si, Ti et P (Micro XRF) sur une mosaïque de microphotographies (4) pour la lame mince 11-JPA-11.2. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 46 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul 7.2 – Éléments majeurs sur roche-totale Les résultats des analyses ME-XRF06 fournis par Ressources d’Arianne (Annexe 5) correspondent à des analyses de sections de forage d’une longueur variant entre 1.0 et 3.8 mètres. Il est possible d’envisager que chaque section de forage analysée ne soit pas tout à fait homogène et représentative par rapport à la lame mince correspondante. Les résultats d’analyse correspondants aux lames minces 11-JPA-05 et 11-JPA-08 ne corrèlent pas avec la minéralogie identifiée lors de l’étude pétrographique. Les résultats d’analyse ont seulement été utilisés afin de comparer les échantillons du faciès anorthositique. Les échantillons 11-JPA-01, 11-JPA-02, 11-JPA-04 et 11-JPA-10 sont considérés par Arianne comme du minerai, car ils contiennent plus de 2,43% de P 2O5 tandis que les échantillons 11-JPA-06, 11-JPA-07 et 11-JPA-12, sont considérés comme des roches stériles. Afin de mettre en évidence les différences géochimiques entre les échantillons minéralisés et les échantillons stériles du faciès anorthositique, quelques diagrammes binaires et un diagramme multi-éléments ont été réalisés (Figures 53 et 54). 7.2.1 – Particularités géochimiques des roches anorthositiques minéralisées par rapport aux roches anorthositiques stériles Le diagramme multi-éléments présenté à la figure 53 a été réalisé afin de mettre en évidence les particularités géochimiques des échantillons anorthositiques minéralisés par rapport à la composition moyenne des échantillons anorthositiques stériles. Selon ce diagramme, il est possible de constater que les échantillons minéralisés sont systématiquement enrichis en TiO2 et en CaO et sont systématiquement appauvris en MgO et en SiO2. Selon Deer, Howie et Zussman (1963), l’apatite contient entre 50.31 et 55.88 % de CaO. L’apatite a donc une grande influence sur le contenu en CaO des roches anorthositiques. Le diagramme CaO versus P2O5 (Figure 54a) suggère effectivement que l’apatite influence le contenu en CaO roche totale. Le TiO2 contenu dans les roches anorthositiques est pour sa part, influencé par la quantité d’ilménite. Le diagramme TiO2 versus P2O5 présenté à la figure 54b suggère que lorsqu’il y a un enrichissement en P2O5 (en apatite), il y a également un enrichissement en TiO2 (en ilménite). Le MgO dans les roches anorthositiques de cette étude est contrôlé par les minéraux ferromagnésiens comme l’olivine et l’orthopyroxène. Comparativement au diagramme multi-éléments présenté à la figure 53, le diagramme MgO versus P2O5 (Figure 54c) ne démontre pas de façon significative que le MgO des échantillons diminue en fonction de l’enrichissement en P2O5. L’appauvrissement systématique en MgO observé pour les échantillons minéralisés résulte en partie du fait que dans la moyenne des roches stériles, deux échantillons sont particulièrement riches en MgO (voir figure 54c). Selon Fredette (2006), les plagioclases contrôlent la majeure partie du Na2O, de l’Al2O3 et du SiO2 dans les roches anorthositiques. Le diagramme SiO2 versus P2O5 (Figure 54d) démontre que les échantillons appauvris en P2O5 sont légèrement enrichis en SiO2 par rapport aux échantillons minéralisés. L’étude pétrographique réalisée lors de ce projet suggère effectivement que les roches anorthositiques appauvries en P2O5 sont, en moyenne, plus riches en plagioclases que les roches enrichies en P2O5. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 47 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Figure 53 Figure 53 : Diagramme multi-éléments montrant l’enrichissement en TiO2 et en CaO ainsi que l’appauvrissement en MgO et en SiO2 des échantillons anorthositiques minéralisés en comparaison avec la composition moyenne des échantillons anorthositiques stériles. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 48 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Figure 54a Figure 54c Figure 54b Figure 54d Figure 54 : Diagrammes binaires des échantillons anorthositiques : a) CaO versus P2O5 ; b) TiO2 versus P2O5 ; c) MgO versus P2O5 ; d) SiO2 versus P2O5. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 49 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul 8 – Discussion 8.1 – Étude pétrographique des roches anorthositiques Les roches anorthositiques du secteur du Lac à Paul sont caractérisées par des assemblages minéralogiques principalement constitués de plagioclase, de minéraux ferromagnésiens, d’oxydes de Fe-Ti et d’apatite (± sulfure). Trois principaux assemblages ont été observés parmi les échantillons de ce faciès. La proportion d’apatite et d’oxydes de Fe-Ti dans chacun de ces assemblages est variable. Certains échantillons sont stériles tandis que d’autres ont un contenu en apatite et en oxydes de Fe-Ti d’intérêt économique. Assemblage 1 : Plagioclase + olivine + apatite + oxydes de Fe-Ti L’assemblage 1 est typique des leucotroctolites. Les échantillons mégascopiques montrent que les leucotroctolites sont des roches hétérogènes, massives et de granulométrie variable. Les minéraux de nature primaire sont généralement de taille moyenne à grossière tandis que les minéraux issus du métamorphisme sont de taille plus fine. Les plagioclases dans les leucotroctolites illustrent un faible taux de recristallisation. Ceux-ci montrent une texture de type protoclastique qui se traduit sur les échantillons mégascopiques par la présence de cristaux de couleur mauve clair à violacé. En lame mince, ces cristaux de plagioclase sont généralement à l’état de sous-grains accompagnés en bordure de quelques néoblastes marquant le début de la recristallisation. Sur les échantillons mégascopiques, l’olivine, l’apatite et les oxydes de Fe-Ti forment généralement des zones distinctes de couleur vert olive à gris brunâtre et localement blanchâtre lorsque l’apatite est abondante. Des coronites sont parfois visibles autour des grains d’olivine et d’oxydes de Fe-Ti. En lame mince, il est possible d’observer que l’apatite et les oxydes de Fe-Ti forment généralement des amas distincts qui sont systématiquement en contact. Quelques évidences de recristallisation partielle ont été observées dans les grains d’apatite et d’oxydes de Fe-Ti. Contrairement aux autres roches du faciès anorthositiques, de la magnétite a été observée dans les amas d’oxydes de Fe-Ti des leucotroctolites. La proportion des minéraux secondaires dans ce type d’assemblage est principalement contrôlée par la formation de coronite autour des olivines et des oxydes de Fe-Ti. Ces coronites sont parfois visibles sur les échantillons mégascopiques. Elles sont formées à partir d’une réaction subsolidus de déséquilibre en présence d’eau (Fredette, 2006). Les coronites autour des olivines sont généralement caractérisées par une couronne interne d’orthopyroxène ± spinelle et d’une couronne externe d’édénite. Les coronites autour des oxydes de Fe-Ti sont caractérisées d’une couronne interne de biotite et d’une couronne externe de hornblende verte au contact avec les plagioclases. Dans certains cas, l’olivine est complètement transformée en symplectite de magnétite vermiculaire et d’orthopyroxène. La transformation de l’olivine permet de libérer du magnésium qui influence la formation de coronite autour des oxydes de Fe-Ti. Selon Whitney et McLelland (1983), la paragenèse qui résume la formation de coronite dans les roches troctolitiques est la suivante : Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 50 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Plagioclase + Oxydes de Fe-Ti + Olivine + H2O = Hornlende + Spinelle + Orthopyroxène + Biotite + Plagioclase plus sodique (5) Assemblage 2 : Plagioclase + orthopyroxène + apatite + oxydes de Fe-Ti L’assemblage 2 correspond aux roches noritiques. Les échantillons mégascopiques montrent que les leuconorites et la norite sont des roches généralement hétérogènes, massives et de granulométrie variable selon la proportion de minéraux de nature secondaire. Le taux de recristallisation des plagioclases dans les roches noritiques est illustré par une texture protoclastique. Celle-ci est traduite sur les échantillons mégascopiques, par la présence de cristaux de plagioclase de couleur mauve à violacé. En lame mince, ces cristaux de plagioclase sont sous la forme de phénocristaux qui sont parfois réduits à l’état de sous-grains et sont accompagnés de quelques néoblastes en bordure. Sur les échantillons mégascopiques, l’orthopyroxène, l’apatite et les oxydes de Fe-Ti forment généralement des zones distinctes de couleur gris brunâtre à verdâtres et localement vert clair à blanchâtre lorsque l’apatite est abondante. En lame mince, la minéralisation en apatite et en oxydes de Fe-Ti est généralement sous la forme d’amas distincts dont les grains montrent des évidences de recristallisation partielle. Dans certains échantillons, il est possible d’observer quelques mosaïques de grains d’orthopyroxène formant une texture granoblastique qui suggère une recristallisation à l’équilibre. L’apparition de biotite, de hornblende verte et de spinelle dans les roches noritiques est directement liée à la formation de coronite autour d’oxydes de Fe-Ti et d’orthopyroxène. Les coronites autour des orthopyroxènes sont caractérisées par une couronne de hornblende verte au contact avec les plagioclases. Selon Fredette (2006), ce type de coronite serait le résultat de l’altération des orthopyroxènes en présence d’eau. La présence de symplectite de magnétite vermiculaire et d’orthopyroxène dans la norite suggère la destruction complète d’olivine primaire. Selon cette observation, cette norite pourrait avoir eu une composition d’origine plus troctolitique. Assemblage 3 : Plagioclase + cummingtonite + hornblende + apatite + oxydes de Fe-Ti L’assemblage 3 est typique des gabbros à amphibole. L’étude pétrographique a permis de démontrer que ce type d’assemblage correspond aux roches anorthositiques les plus évoluées au point de vue de la minéralogie et de la déformation. Les échantillons mégascopiques montrent que les gabbros à amphibole sont des roches hétérogènes et légèrement foliées. La granulométrie est fine à moyenne et localement grossière lorsque des phénocristaux de plagioclase sont présents. Les plagioclases contenus dans les gabbros à amphibole montrent une texture de type porphyroclastique. Cette texture illustre un haut taux de recristallisation des plagioclases en réponse à la déformation. Sur les échantillons mégascopiques, elle se traduit par la présence de phénocristaux de plagioclase bleu entourés de fins néoblastes Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 51 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul blanchâtres formant des bandes leucocrates qui sont parfois d’épaisseur centimétrique. Ces bandes sont en alternance avec des bandes mélanocrates composées d’amphiboles, de biotite, d’apatite et d’oxydes de Fe-Ti. En lame mince, la minéralisation en apatite et en oxydes de Fe-Ti se présente sous la forme d’amas distincts distribués selon la foliation. L’apparition de la cummingtonite et de la hornblende verte suggère que la déformation serait à l’origine d’un processus d’hydratation qui aurait contribué à la transformation d’orthopyroxènes en amphibole. La cummingtonite serait alors issue d’une réaction entre les orthopyroxènes et les plagioclases qui pourraient indiquer un métamorphisme dont les conditions correspondraient au faciès d’amphibolite supérieur (Hébert et Beaumier, 2000). La présence de reliques de cummingtonite en inclusion dans la hornblende suggère que la cummingtonite se soit ensuite rétrogradée en hornblende. L’absence de coronite dans les gabbros à amphibole suggère que la déformation serait plus jeune que la formation des coronites dans les roches anorthositiques. 8.2 – Étude géochimique des roches anorthositiques Mise à part la proportion d’apatite et d’oxydes de Fe-Ti, l’étude pétrographique n’a pas permis de démontrer que les roches anorthositiques stériles et minéralisées sont différentes au point de vue de la minéralogie et des textures. Comme il a été vu à la section 7.2, l’étude géochimique des éléments majeurs révèle que les principales différences entre les roches anorthositiques stériles et minéralisées reflètent la proportion de silicates par rapport à la proportion d’apatite et d’oxydes de Fe-Ti. En d’autres mots, plus il y a d’apatite et d’oxydes de Fe-Ti, moins il y a de silicate et vice-versa. Cependant, il a été démontré que l’appauvrissement systématique en MgO des roches anorthositiques minéralisées provient du fait que, dans la moyenne des roches stériles, deux échantillons sont particulièrement riches en MgO. En ne considérant que les roches anorthositiques minéralisées, on remarque plutôt que le MgO augmente légèrement avec le contenu en apatite. Cela suggère donc que la proportion de minéraux magnésiens augmente avec la proportion d’apatite dans les roches anorthositiques minéralisées. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 52 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul 9 – Conclusions et recommandations Ce projet de fin d’études a été réalisé en partenariat avec Les Ressources d’Arianne Inc. et la Chaire de Recherche du Canada en Métallogénie Magmatique de l’Université du Québec à Chicoutimi. Le projet avait pour but de caractériser les roches encaissantes d’un des dépôts de Fe-Ti-P (Zone Paul) du secteur du Lac à Paul. Suite à l’étude pétrographique, dix lithologies ont été identifiées et divisées en quatre différents faciès : 1) Les roches anorthositiques a. Leucotroctolite (2) b. Leuconorite (2) c. Norite (1) d. Gabbro à amphibole (2) 2) Les pyroxénites a. Mélagabbronorite (1) b. Webstérite à oxydes de Fe-Ti (1) 3) Les péridotites nelsonitiques a. Métapéridotite nelsonitique (1) 4) Les roches dioritiques a. Monzodiorites (3) b. Diorite à quartz (1) c. Granodiorite (1) Les principaux objectifs du projet étaient : 1) identifier la minéralogie de chaque échantillon; 2) identifier les textures associées à cette minéralogie; 3) identifier les principales différences entre les roches anorthositiques minéralisées et stériles. L’étude pétrographique a permis de démontrer que chaque faciès de roche est caractérisé par des assemblages minéralogiques et des textures qui ne sont généralement pas communs aux autres faciès. On note également qu’à l’exception d’un échantillon de granodiorite et de deux pyroxénites, les roches étudiées montrent des évidences de déformations qui se traduisent par une recristallisation des grains ou par l’alignement de certains minéraux. De plus, la présence de minéraux secondaires issus de la formation de coronites dans les roches anorthositiques suggère des conditions de température et de pression correspondant à un métamorphisme entre les faciès d’amphibolite supérieur et de granulite inférieure. À l’exception des proportions d’apatite et d’oxydes de Fe-Ti, les descriptions pétrographiques et l’étude géochimique n’ont pas permis de démontrer l’existence de différences marquées entre les roches anorthositiques minéralisées et stériles. L’écart maximal observé entre les échantillons anorthositiques minéralisés et stériles est de 15% d’apatite, soit 4,79% de P2O5 selon les analyses fournies par Arianne. Serait-il possible Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 53 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul d’observer des différences entre des roches anorthositiques minéralisées et stériles qui montrent un écart supérieur à 15% d’apatite? Quelques recommandations qui permettraient d’apporter certaines précisions ressortent de cette présente étude : 1) Réaliser une étude pétrographique et géochimique à partir d’échantillons collectés dans un seul et même forage dont la séquence anorthositique serait la plus représentative du dépôt. Cette étude pourrait permettre d’identifier les différences entre les roches anorthositiques minéralisées et stériles selon leur position stratigraphique. 2) Réaliser des analyses sur roche-totale et sur la chimie minérale des éléments traces des échantillons anorthositiques afin de vérifier si les roches anorthositiques minéralisées et stériles possèdent leur propre signature géochimique. 3) Réaliser des analyses à la microsonde et au LA-ICP-MS (Laser AblationInductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry) afin de vérifier si la composition des minéraux montre des différences dans les roches anorthositiques minéralisées et stériles. Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 54 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul 10 – Références Daigneault, R., Gobeil, A., et Hébert, C. 1999. Chevauchements et décrochements grenvilliens : comparaison des styles structuraux des secteurs Manitou, Manicouagan et Chicoutimi. Programme et résumés, Séminaire d’information sur la recherche géologique. Ministère des Ressources naturelles du Québec, Québec, DV 99-03, p. 28 Deer, W.A., Howie, R. A. et Zussman J., 1963. Rock-forming minerals, volume 2, Chain silicates. Framework silicates, Edité par Longman Scientific Technical. Harlow, United Kingdom, 379 pages. Fredette, J. 2006. Pétrographie, géochimie et potentiel économique en Fe-Ti-P du secteur du Lac à Paul, partie nord de la suite anorthositique de Lac-Saint-Jean, Province de Genville, Québec. Mémoire de maîtrise, Université du Québec à Chicoutimi, Chicoutimi, Québec, 304 pages. Hébert, C., et Beaumier, M. 2000. Géologie de la region du Lac à Paul. Ministère des Ressources naturelles, RG 99.05, Québec, pp.1-31 Higgins, M.D., et van Breeman, O. 1996. Three generations of anorthosite-mangeritecharnockite-granite (AMCG) magmatism, contact metamorphism and tectonism in the Saguenay – Lac Saint-Jean region of the Grenville Province, Canada. Precambrian Research, 79: 327-346. Huss, L. 2002. Caractérisation de la minéralisation en Ni-Cu-EGP des indices de la région du Lac à Paul, suite anorthositique du Lac St-Jean. Mémoire de maîtrise, Université du Québec à Chicoutimi, Chicoutimi, Québec, 220 pages. Kehlenbeck, M., M. 1972. Deformation textures in the Lac Rouvray Anorthosite Mass. Canadian Journal of Earth Sciences, 9: 1087-1098. Nabil, H. 2003. Genèse des depots de Fe-Ti-P associés aux intrusions litées (exemples: l’intrusion mafique de Sept-Iles, au Québec; complexe de Duluth aux États-Unis). Thèse de Ph.D., Université du Québec à Chicoutimi, Chicoutimi, Québec, 441 pages. Rivers, T., Martignole, J., Gower, C.F., et Davidson, A. 1989. New tectonic divisions of the Grenville Province, Southeast Canadian Shield. Tectonics, 8: 63-84. Whitney, P.R., et McLelland, J.M. 1983. Origin of biotite-hornblende-garnet coronas between oxides and plagioclase in olivine metagabbros, Adirondack region, NY. 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Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 55 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Annexe 1 : Localisation des échantillons Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 56 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Annexe 2 : Composition modale et synthèse pétrographique des échantillons Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 57 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 58 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 59 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 60 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 61 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Annexe 3 : Classification des échantillons Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 62 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 63 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Annexe 4 : Estimation de la composition modale des roches dioritiques (Analyses à la micro XRF) Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 64 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 65 Caractérisation des roches encaissantes du dépôt de Fe-Ti-P de la Zone Paul Annexe 5 : Analyses ME-XRF06 des éléments majeurs Mémoire de PFE : Jean-Philippe Arguin Page 66
