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

Résumé

Les processus requis pour former une gisement magmatique a sulfures de Ni-Cu et elements du groupe du platine (EGP) comprennent: la saturation d'un magma mafique ou ultramafique avec un liquide sulfure de metal de base; interaction du liquide sulfure avec le magma mafique; cristallisation d'une solution solide de monosulfure (MSS), d'une solution solide intermediaire (ISS) et eventuellement de mineraux du groupe du platine (MGP) a partir du liquide sulfure; exsolution de MSS et ISS pour former des sulfures de metaux de base (SMB) et MGP; et modification des SMB par des fluides magmatiques tardifs ou metamorphiques. Independamment des processus impliques au cours de la genese, dans la plupart des depots de sulfures magmatiques, les EGP sont trouves generalement dans la structure des SMB, ou sous la forme de MGP. Ces MGP consistent principalement en la combination des EGP avec au moins un des elements suivants: Te, As, Bi, Sb et Sn (TABS). Par consequent, l'association frequente des EGP avec les TABS amene a la question principale de ce projet: quel est le role de TABS lors de la formation des gisements de EGP? Les roles suggeres pour TABS lors de la formation de depots de sulfures magmatiques sont: i) La presence des concentrations elevees de TABS provoque la cristallisation directe des MGP a partir d’un magma silicate; ii) Le liquide sulfure pourrait devenir sature dans un liquide immiscible riche en TABS, qui collecte des EGP, et les MGP pourrait cristalliser a partir de ce liquide; iii) Des concentrations progressivement plus elevees de TABS dans le liquide sulfure pourraient amener a la cristallisation directe des MGP. iv) Pendant le refroidissement, les EGP peuvent se combiner avec les TABS et se exsolve sous la forme des MGP a partir des SMB. v) Les TABS peuvent soit etre remobilises avec le EGP pendant l'alteration postmagmatique, ou soit agir comme des agents de fixation des EGP pendant la remobilisation tardive. Une partie du probleme dans l'etude des TABS est que ces elements ne sont pas systematiquement determines dans les analyses de roche en totale ou dans les mineraux. La tres faible concentration de TABS, combinee a leur volatilite, a conduit a les negliger au cours des dernieres decennies. Par consequent, la premiere etape du projet a ete de mettre en place une routine analytique pour determiner les TABS dans le roche totale a de faibles concentrations, en utilisant la spectroscopie de fluorescence atomique couplee a un generateur d’hydrure (HG-AFS). A la suite du developpement analytique, les concentrations de TABS dans les roche totale, les SMB et les mineraux silicates ont ete mesurees dans des echantillons provenant: i) du district minier de Noril’sk-Talnakh; i) les gisements de type PGE-reef des complexes du Bushveld et Stillwater (Merensky Reef, J-M Reef et Picket Pin); iii) des horizons steriles en EGP localise a l'exterieur des intervalles mineralise des complexes du Bushveld et Stillwater et; iv) la Marginal Zone du complexe du Bushveld. Les echantillons du district minier de Noril’sk-Talnakh comprennent des sulfures massifs riches en Ni-Cu-EGP, ce qui a permis d’etudier le comportement des TABS lors de la cristallisation fractionnee du liquide sulfure. Par contre, les echantillons des Reefs de EGP des complexes du Bushveld et Stillwater contiennent des sulfures dissemines, ce qui a permis d'etudier la distribution de TABS dans les minerais qui ont subi une cristallisation a l'equilibre. Les echantillons de la Marginal Zone du complexe du Bushveld ont permis de determiner la concentration de TABS dans les liquides initiaux qui ont cristallise cette intrusion, ainsi que les processus qui ont affecte la distribution de TABS dans ces liquides. Pendant la cristallisation fractionnee du liquide sulfure, les TABS (avec Pt et Pd) sont incompatibles dans le MSS et ISS, et restent dans le dernier liquide sulfure, plus fractionne. Bien que les concentrations de TABS n'atteignent pas des niveaux suffisamment eleves pour qu'un liquide imiscible riche en TABS se forme, elles se combinent avec Pd et Pt et cristallisent sous la forme des MGP, directement a partir du liquide sulfure fractionne. D'un autre cote, les minerais formes par cristallisation a l'equilibre, tels que les Reefs a EGP des complexes du Bushveld et Stillwater, enregistrent l'effet de l'exsolution des MGP a partir des SMB. Dans ces cas, des concentrations elevees des EGP dans les SMB ont cree un potentiel chimique pour l'exsolution des MGP. Par consequent, les EGP ont combine avec les TABS et ont exsolve sous la forme des MGP. Par consequent, le SMB trouve dans les Reefs sont epuise dans TABS par rapport au SMB trouve dans des echantillons provenant de l'exterieur des Reefs. Les resultats obtenus pour les TABS dans les liquides initiaux qui ont cristallise le complexe du Bushveld (Marginal Zone) ont montre que leur distribution depend en grande partie de leur comportement chalcophile. Le Te et le Se sont des elements fortement chalcophiles, et leur distribution est principalement controlee par les sulfures. Par contre, As et Sb ne sont que des elements legerement chalcophiles, et leur distribution est principalement controlee par le degre de cristallisation fractionnee et l'assimilation crustale des magmas. Le Bi est moderement chalcophile et sa distribution resulte d'une combinaison des processus susmentionnes.

Processes required to form magmatic sulfide Ni-Cu and platinum-group element (PGE) deposits include: saturation of a mafic or ultramafic magma with a base metal sulfide liquid; interaction of the sulfide liquid with the mafic magma; crystallization of monosulfide solid solution (MSS), intermediate solid solution (ISS) and possibly platinum-group minerals (PGM) from the sulfide liquid; exsolution of MSS and ISS to form base metal sulfides and PGM; and modification of the magmatic BMS by late magmatic or metamorphic fluids. However, regardless of the processes involved during the genesis, in most magmatic sulfide deposits the PGE generally occur within BMS structure, or as discrete PGM. These PGM mainly consist of the binding of PGE with at least one of the elements Te, As, Bi, Sb and Sn (TABS). Therefore, the frequent association of PGE with TABS leads to the main question of this project: what is the role of TABS during the formation of PGE deposits? Suggested roles for TABS during the formation of magmatic sulfide deposits are: i) The presence of high concentrations of TABS leads to direct crystallization of PGM from silicate magma; ii) The sulfide liquid could become saturated in an immiscible TABS-rich liquid, which collects PGE, and PGM could further crystallize from this liquid; iii) progressively higher concentrations of TABS in the sulfide liquid could lead to the direct crystallization of PGM. iv) Upon cooling PGE may combine with TABS and exsolve as PGM from BMS. v) TABS may either be remobilized together with PGE during post-magmatic alteration, or alternatively, act as fixing agents for PGE during late remobilization. Part of the problem of studying TABS is that these elements are not routinely determined in whole rock or mineral analyses. The very low concentration of TABS, combined with their volatility, has resulted in them being neglected by researchers over the past decades. Therefore, the first step of the project was to implement an analytical routine to determine TABS in wholerock at low concentrations, using hydride generation-atomic fluorescence spectrometry (HGAFS). Following the analytical development, concentrations of TABS in whole-rock, BMS and silicate minerals were measured in samples from: i) the Noril’sk-Talnakh mining district; i) the PGE-reef type deposits of the Bushveld and Stillwater Complexes (Merensky Reef, J-M Reef and Picket Pin deposit); iii) PGE-barren horizons from outside the reef intervals of the Bushveld and Stillwater Complexes and; iv) the Marginal Zone of the Bushveld Complex. The samples from the Noril’sk-Talnakh mining district comprise massive sulfide ores, which allowed investigating the behaviour of TABS during fractional crystallization of the sulfide liquid. In contrast, samples from the PGE-reefs of the Bushveld and Stillwater Complexes contain disseminated sulfide minerals, which allowed investigating the distribution of TABS in ores than underwent predominantly equilibrium crystallization. Finally, the samples from the Marginal Zone of the Bushveld Complex allowed constraining the concentration of TABS in the initial liquids that crystallized this intrusion, and also which processes affected the distribution of TABS in initial liquids. During fractional crystallization of the sulfide liquid, TABS (together with Pt and Pd) are incompatible into the crystallizing MSS and ISS, and remain in the lattermost fractionated sulfide liquid. Although concentrations of TABS do not reach sufficiently high levels for an immiscible TABS-rich liquid to segregate, they combine with Pd and Pt and crystallize as composite PGM, directly from the fractionated sulfide liquid which is enriched in TABS. On the other hand, ores formed by equilibrium crystallization, such as the PGE reefs of the Bushveld and Stillwater Complexes, record the effect of PGM exsolution from BMS. In these cases, high PGE concentrations in BMS created a chemical potential for the exsolution of PGM. Therefore, PGE combined with TABS and exsolved as PGM. Consequently, the BMS found within the PGE reefs are depleted in TABS relative to the BMS found in samples from outside the reef intervals. The results for TABS in the initial liquids that crystallized the Bushveld Complex (Marginal Zone) revealed that their distribution largely relies on their chalcophile behaviour. Tellurium and Selenium are strongly to highly chalcophile elements, and their distribution is mainly controlled by sulfide minerals. In contrast, As and Sb are only slightly chalcophile elements, and their distribution is mainly controlled by the degree of fractional crystallization, and crustal assimilation of the magmas. Bismuth is moderately chalcophile, and its distribution results from a combination of the aforementioned processes.