Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Les carbonatites sont des roches rares dont la mise en place est sujette à de nombreux débats. Elles sont décrites comme des roches ignées, composées majoritairement de carbonates, issues d’un magmatisme complexe. Les carbonatites suscitent l’intérêt puisqu’elles sont des sources significatives de niobium (Nb) et d’éléments de terres rares (ÉTR). Les carbonatites peuvent aussi être hôte de minéralisations en titane, tantale, cuivre, phosphore, et scandium. Toutefois, peu de carbonatites sont économiquement intéressantes et la distribution des minéralisations dans les carbonatites peut être très hétérogène. Pour cette raison, une bonne compréhension de la genèse des carbonatites et des processus qui contrôlent les minéralisations est importante afin de bien localiser les faciès minéralisés. Puisque les carbonatites économiquement intéressantes et très étudiées sont de grand volume, il est suggéré dans le cadre de ces travaux qu’une carbonatite de plus petit volume serait sujette à moins d’événements complexifiant la compréhension des processus qui mettent en place les minéralisations en Nb et ÉTR. La carbonatite de Girardville est une carbonatite de petit volume localisée dans la région du Saguenay–Lac-Saint-Jean, à environ 4,5 km au nord de Girardville dans la Province de Grenville. Des travaux de terrains détaillés ont été réalisés pour mieux comprendre les processus de concentration des minéralisations. La carbonatite de Girardville se présente comme un dyke de composition principalement calcitique, orienté N-S avec un pendage de 64 à 67° (vers l’est), en intrusion à l’intérieur d’un granite à feldspath alcalin. On retrouve dans cette carbonatite, des enclaves de syénite à albite-biotite, des xénocristaux de feldspaths potassiques et d’ilménite, ainsi que de larges zones concentrant de la biotite et/ou de l’apatite. D’autres minéraux accessoires observables sont la ferrodolomite, les oxydes de fer, le pyrochlore, la fluorite, la colombite, les carbonates de terres rares, la strontianite, la baryte, le rutile, l’ægyrine, etc. De plus, des dykes satellites de pegmatite à feldspaths potassiques et un second dyke de carbonatite (lac des Coudes), orientés également N-S, ont aussi été étudiés dans la région. La carbonatite de Girardville possède des teneurs généralement faibles en Nb (max : 137 ppm) et en ÉTR totales (max : 1647 ppm). Les principaux minéraux porteurs de ces teneurs sont le pyrochlore et l’ilménite pour le Nb et les carbonates de terres rares pour les ÉTR. Toutefois, les zones riches en biotite près des contacts entre la carbonatite et les enclaves de syénite albite-biotite montrent des teneurs plus élevées, jusqu’à 431 ppm Nb et 2495 ppm ÉTR totales. L’augmentation des teneurs en Nb est liée à une concentration des minéraux de pyrochlores en bordure de feuillets de biotites ou d’enclaves de syénite à albite-biotite, tandis que l’augmentation des ÉTR est due à la présence de larges amas d’apatite dans ces zones. De plus, des analyses de mégacristaux d’ilménites provenant de la carbonatite de Girardville et des dykes de pegmatite à feldspaths potassiques présentent des teneurs élevées en Nb entre 4740 à 6010 ppm. Dans ces mégacristaux, le Nb se concentre dans les microinclusions de divers oxydes riches en Nb (colombite, ilménorutile, lueshite et aeschynite). Un échantillon principalement composé d’apatite provenant des dykes de pegmatite présente aussi des teneurs très élevées en ÉTR totales de 6200 ppm. Aucune teneur significative en Nb n’a été observée dans la carbonatite du lac des Coudes (inférieur à 16,5 ppm Nb). Les teneurs en ÉTR sont similaires à celle de la carbonatite de Girardville (entre 1400 et 1450 ppm). Les observations pétrogéochimiques suggèrent que la remobilisation de certains minéraux riches en Nb ou ÉTR par des pulses magmatiques puisse avoir un impact important sur la distribution des minéraux d’intérêts dans la carbonatite. Les teneurs en Nb sont généralement contrôlées par la présence de pyrochlore et d’ilménite, et par la présence d’enclaves de syénite à albite-biotite et de feuillets de biotite qui favorisent leur accumulation mécanique dans ces zones. Pour ce qui est des ÉTR, les teneurs sont liées à deux sources : (1) l’apatite observée en amas dans la carbonatite et dont l’accumulation peut aussi être liée à la présence d’enclaves de syénite à albite-biotite ou de biotite, et (2) aux carbonates de terres rares qui semblent plus tardifs et associées à des fluides carbohydrothermaux.

Carbonatites are rare rocks whose origine is subject to debates within the scientific community. Carbonatites are described as igneous rocks, composed mainly of carbonates, resulting from intrusive polyphase magmatism and susceptible to be affected by different types of fluids. Carbonatites are interesting as they are a significant worldwide source of niobium (Nb) and rare earth elements (REE). Carbonatites can also host other mineralizations such as titanium, tantalum, copper, phosphorus, and scandium. However, only few carbonatites are of economic interest and the distribution of mineralization in carbonatites can be heterogeneous. Therefore, a good understanding of the genesis of carbonatites and the processes that control their mineralizations are important to properly locate mineralized facies. Since that well-studied economic carbonatites are of very large volume, it is suggested in this study, that a carbonatite of smaller volume would be subject to fewer events complicating the understanding of the Nb and REE mineralization processes. The Girardville carbonatite is a small volume carbonatite located in the Saguenay–Lac-Saint-Jean region, about 4.5 km north of Girardville, intruding in the the Grenville Province. Detailed field work was carried out to locate the mineralized facies within the Girardville carbonatite and to better understand the processes involved in the distribution of mineralization. The Girardville carbonatite appears as a dike, mainly composed of calcite, oriented N-S with a dip of 64-67˚ (towards the east), intruding an alkali feldspar granite. Within this carbonatite are observed: albite-biotite syenite xenoliths, megacrystic K-feldspar xenoliths of and megacrystic ilmenite xenoliths, as well of zones with abundant biotite and/or apatite. Other accessory minerals are: ferrodolomite, Fe-Ti-oxides, pyrochlore, fluorite, columbite, rare earth carbonates, strontianite, barite, rutile, aegyrine, etc. Satellite dykes of K-feldspar pegmatite and a second carbonatite dyke (lac des Coudes), also exhibiting N-S orientations, were also studied in the region. The Girardville carbonatite show generally low Nb and REE grades (max: 137 ppm Nb and 1647 ppm TREE). The main minerals hosting Nb are pyrochlore and ilmenite and those hosting REE are rare earth carbonates. However, biotite-rich areas near the albite-biotite syenite xenoliths contacts show higher grades which can reach up to 431 ppm Nb and 2495 ppm TREE. The increase in Nb grades is linked to a higher concentration of pyrochlore in those areas whereas the increase in REE is due to the presence of clusters of apatite. In situ analyses have also shown that megacrystic ilmenite, either coming from the Girardville carbonatite or the K-feldspar pegmatite dykes, have very high Nb concentration. These high concentrations are associated with various microinclusions of Nb-rich oxides (columbite, ilmenorutile, lueshite and aeschynite) within the megacrystic ilmenite. In addition, a sample, mainly composed of apatite, coming from the K-feldspars pegmatite dykes has high TREE grades of 6200 ppm. No significant Nb grades were recorded in the lac des Coudes carbonatite (less than 16.5 ppm Nb). The REE grades are similar to those of the Girardville carbonatite (1400-1450 ppm). Petrogeochemical observations suggest that the remobilization of Nb-rich and REE-rich minerals by magmatic pulses may have had a significant impact on the mineralization distribution. The Nb grades are generally controlled by the presence of pyrochlore and ilmenite, and by the presence of albite-biotite syenite xenoliths and biotite which facilitates the mechanical accumulation in these areas. As for the REE, the grades are linked to two sources: (1) the apatite clusters within carbonatite, to which their accumulation can also be associated to the presence of albite-biotite syenite xenoliths and biotite, and (2) the rare earth carbonates which can be associated with later carbohydrothermal fluids.