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

Résumé

L'utilisation du rapport soufre/sélénium (S/Se) dans les gisements magmatiques à Ni-Cu- Eléments du Groupe du Platine (EGP), ses implications dans la caractérisation des processus pétrogénétiques ainsi qu'une application au complexe de Duluth sont présentés dans ce mémoire de Maîtrise en Sciences de la Terre. Depuis 30 ans, cet outil est régulièrement utilisé en tant qu'indicateur pétrogénétique de processus de formation à l'origine des gisements de Ni-Cu-EGP. Cependant, le rapport S/Se est parfois appliqué de manière arbitraire et en omettant de nombreux processus modifiant ses valeurs et donc son interprétation. L'absence d'étude consacrée spécifiquement au rapport S/Se dans ce type de gisement est la base de ce projet. Une revue bibliographique des données en S, Se, 834S et métaux des principaux gisements de Ni-Cu-EGP a été réalisée afin de mieux contraindre le domaine d'application du rapport S/Se. À travers ce travail de compilation, nous avons répertoriés deux grands types de processus affectant le rapport S/Se: les processus magmatiques et les processus tardi- à post-magmatiques. 1) Les processus magmatiques incluent la contamination par le S d'origine crustal, les variations dans le rapport de volume entre le liquide sulfuré et le liquide silicate (facteur R) durant la ségrégation du liquide sulfuré, l'appauvrissement en Se du magma silicate par ségrégation précoce du liquide sulfuré et l'incompatibilité modérée du Se dans les premières phases sulfurées cristallisant à partir du liquide sulfuré, la solution-solide monosulfurée (SSM). Cette légère incompatibilité entraine des variations dans le rapport S/Se des sulfures magmatiques, entre la phase riche en Fe et la phase résiduelle riche en Cu, dérivée de solution-solide intermédiaire (SSI). Le fractionnement du Se pendant la cristallisation du liquide sulfuré n'avait jamais été identifié jusqu'à maintenant. 2) Les processus tardi- à post-magmatiques, incluant l'hydrothermalisme, le métamorphisme de haute grade, la serpentinisation et l'altération météorique, entraînent une remobilisation préférentielle du S par rapport au Se conduisant généralement à une diminution relative du rapport S/Se des roches minéralisées. Les diagrammes synthétiques S/Se versus Pt+Pd à 100% sulfures permettent de distinguer les différents domaines du rapport S/Se en fonction du type de dépôt, de l'origine du S et des processus subis. La majeure partie des gisements de Ni-Cu possède des rapports S/Se supérieurs ou égal au manteau associés à de faibles concentrations en Pt+Pd et de faibles facteurs R tandis que les gisements d'EGP ont des rapports S/Se faibles, des concentrations Pt+Pd élevées, des facteurs R élevés et sont constitués de S provenant du manteau. Les exceptions notables à ce modèle sont les gisements de Ni-Cu ayant subi une perte significative de S, vraisemblablement lors d'un épisode métamorphique de haut grade, marqués par de faibles rapports S/Se associés à de faibles concentrations en Pt+Pd, ainsi que les phases sulfurées riches en Cu enrichies en Se et en Pt+Pd lors du fractionnement du liquide sulfuré. Le rapport S/Se des roches minéralisées est donc le résultat d'une évolution complexe d'une série de processus magmatiques puis tardi-magmatiques et enfin post-magmatiques survenant depuis la fusion partielle mantellique jusqu'à l'altération des roches postérieurement à la mise en place du magma dans la croûte. Parmi la liste des processus répertoriés, la contamination par le S d'origine crustale peut générer des variations importantes dans le rapport S/Se initial des roches ignées contaminées. Dans le but de mieux contraindre ce mécanisme, de nouvelles analyses en S, Se et ô34S sur les roches encaissantes de la formation métasédimentaire de Virginia localisées au voisinage du complexe de Duluth (MN, USA) ont été réalisées. Le Se a été mesuré par TCFINAA (Thiol Cotton Fiber - Instrumental Neutron Activation Analysis), une technique adaptée pour les roches présentant de faibles concentrations. Contrairement aux études précédentes, les résultats obtenus montrent que la majeure partie des sédiments possèdent des rapports S/Se et des valeurs ô34S inférieurs à ceux des dépôts de Cu-Ni-(EGP) soulignant l'impossibilité que ces sédiments soient la source du S des roches minéralisées. Seule l'Unité de Pyrrhotite Litée (UPL) possède des valeurs du rapport S/Se et ô34S suffisamment élevées pour accroître le rapport S/Se et les valeurs 534S des roches minéralisées. Ces résultats, associés à la diminution progressive du rapport S/Se et des valeurs S34S depuis la marge vers le centre de l'intrusion et à l'analyse texturale des xenolithes de la BPU, suggèrent un modèle de contamination en S par l'assimilation in situ de xenolithes dérivés de l'Unité de Pyrrhotite Litée. L'exemple du complexe de Duluth souligne l'influence fondamentale du rapport S/Se des roches encaissantes dans l'interprétation de l'origine du S des dépôts magmatiques de Ni-Cu-EGP, d'où la nécessité de déterminer la concentration en Se avec une précision acceptable.