Migration des liquides sulfurés dans une pile de cumulats se compactant : application au complexe du Bushveld (Afrique du Sud) et au complexe de Stillwater (Montana, Etats-Unis)

Bélinda Godel, Thèse de Doctorat.

Projet de Doctorat en ressources minérales sous la supervision du Dr Sarah-Jane Barnes.

Description du projet

Les grandes intrusions litées mafiques et ultramafiques (exemple du complexe du Bushveld en Afrique du Sud ou du complexe de Stillwater dans le Montana aux Etats-Unis) contiennent des niveaux enrichis en éléments du groupe du platine (EGP). Ces EGP sont souvent associés à des minéralisations sulfurées.

Dés lors, la question qui se pose est : comment peut-on former des zones minéralisées enrichies en EGP? Par conséquent, comment les EGP se concentrent dans les intrusions litées?

Les cumulats, traditionnellement considérés comme étant composés d'un mélange binaire de grains cumulus et de liquides intersticiels cristallisés, sont présents dans les intrusions litées (e.g. Skaergaard, Bushveld, Stillwater) ainsi qu' à la base des filons couches ou des coulées épaisses. Ces intrusions litées évoluent par cristallisation fractionnée, c'est-à-dire que les cristaux formés s'accumulent (par courant de gravité ou cristallisation in situ) au plancher de la chambre magmatique au fur et à mesure que le liquide résiduel évolue. La pile de cristaux ainsi déposée possède une porosité et une perméabilité primaire qui sont influencées par la manière dont les grains se déposent. Cette texture primaire influence le développement subséquent de textures à travers la pile de cristaux. Le développement d'une texture secondaire (post-cumulus) est dû à la croissance et à la dissolution des cristaux, aux remplacements, à la cémentation, à la compaction et à la recristallisation.

Des travaux antérieurs ont montré l'importance de la compaction dans la redistribution des liquides à travers la pile de cristaux lors de la solidification (Shirley, 1986 ; Hunter, 1987 ; Hunter, 1996 ; Meurer, 1995 ; Meurer et Boudreau, 1996, Meurer et Boudreau, 1998a et 1998b). Ce phénomène (Meurer et Boudreau, 1998a et 1998b ; Barnes et Maier, 2002a) a également été décrit comme pouvant être un des processus majeur de formation des niveaux minéralisés de sulfures enrichis en EGP.

Ce projet de doctorat se propose de tester le modèle proposé par Campbell et al. (1983) et Naldrett et al. (1986) puis modifié par Barnes et Maier (2002a). Ce modèle est basé sur l'hypothèse suivante : les EGP sont collectés par des gouttelettes de sulfures qui sont présentes dans le magma (Campbell et al., 1983 ; Naldrett et al., 1986). Lors de la compaction, ces liquides sulfurés percolent le long de fissures engendrées par les contraintes dues à la compaction des cristaux (Barnes et Maier, 2002a) et s'accumulent à des niveaux ou la porosité n'est plus suffisante pour leurs permettre d'être mobile.

Cette étude sera réalisée selon deux axes principaux par : - l'analyse des échantillons naturels prélevés lors d'une campagne de terrain (analyses pétrographiques et microstructurales ; analyse de la répartition des sulfures et des minéraux riches en EGP ; analyses géochimiques des sulfures et des EGP ; la modélisation en trois dimensions des minéralisations sulfurées - la simulation en laboratoire du comportement des liquides sulfurés à hautes températures dans une matrice polycristalline et lors de la compaction.

Le site principal d'étude sera le complexe du Bushveld situé en Afrique du Sud . Cependant, nous pourrons à titre de comparaison effectuer une partie des études sur des échantillons du complexe de Stillwater (Montana, Etats-Unis).


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