Chapitre 3 : Géochimie roche totale.

Table des matières

Dix fragments de roches, 3 provenant de NDN1, 3 de BT44 et 2 de chacun des dykes des Monts Torngat ont été analysés ( annexe 6 ). Ils ont été sélectionnés afin de contenir le moins de matériel exogène possible, ceci dans le but de limiter les effets de la contamination. Les échantillons ont ensuite été broyés avec un broyeur à  mà¢choire à  l'Université Laval. Les fragments récoltés (- 2 mm), ont été triés sous une loupe binoculaire afin de prélever la phase matricielle ne présentant pas d'éléments non kimberlitiques. La dernière étape a consisté à  pulvériser la portion choisie avec le broyeur à  billes et mortier en agate à  l'Université Laval. La pulpe obtenue a été divisée en deux échantillons. L'un de petite taille, 1 à  2 grammes, est destiné à  l'activation neutronique. Le second, plus volumineux (environ 10 g) a été envoyé au laboratoire ACME de Vancouver pour analyses des éléments majeurs par ICP-AES après fusion avec LiBO2. Le carbone et le soufre ont été analysés au Leco, les éléments traces réfractaires et les terres rares par ICP-MS après fusion avec LiBO2. Pour l'analyse des métaux précieux et de base, la pulpe a été dissoute dans l'eau régale avant le passage à  l'ICP-MS. Deux échantillons de matériaux certifiés de référence (standards) ont été ajoutés à  nos envois. Le premier correspond à  une roche ultrabasique, le second à  une roche alcaline.

La géochimie des kimberlites est fortement compliquée par le caractère hybride de ces roches. Elles sont formées par des magmas transportant une forte proportion de phases cristallines d'origine incertaine et sont fortement contaminées durant leur mise en place par les faciès crustaux. Les analyses géochimiques de roches totales pour les éléments majeurs et traces ont porté sur tous les faciès (diatrèmes - dykes et sills hypabyssaux - autolites). Les problèmes les plus importants sont associés aux roches appartenant au faciès de diatrème; ceci étant dà» à  leur forte proportion de matériel crustal, aux phénomènes de météorisation et d'altération hydrothermale engendrés par la circulation des fluides (H2O et CO2). Les magmas kimberlitiques subissent également la dévolatisation durant leur mise en place. Les corps kimberlitiques résultent d'intrusions polyphasées ayant des phases de compositions variées. La géochimie des éléments traces est également affectée par les problèmes de contamination. Cependant des éléments tels que le Ti, Nb, Ta, Zr, Hf, P et les terres rares légères sont peu sujets à  la contamination crustale.

En 1982, Clement introduisit le concept d'un Index de Contamination (C.I.) pour évaluer les effets de la contamination crustale et/ou de la météorisation.

C.I. = (SiO2 + Al2O3 + NaO)/(MgO + 2 K2O)

Cet indice reflète la proportion de tectosilicates et de minéraux argileux par rapport à  l'olivine et à  la phlogopite. Si C.I. est voisin de 1, on considère que la roche n'a pas subi de contamination et l'inverse si C.I est élevé (> 1,4). L'index de contamination est influencé par l'altération mais également par l'accumulation d'olivine.

Les faibles indices de contamination des deux dykes des Monts Torngat sont conformes à  leur nature hypabyssale contenant peu de fragments des roches encaissantes. L'indice de 0.80 de Torngat 2 reflète sa faible teneur en silice.

Mitchell (1986) propose l'utilisation d'un diagramme opposant Al2O3 au SiO2 afin de discriminer les kimberlites pures des kimberlites contaminées. Les kimberlites ayant moins de 5 % (poids) de Al2O3 et contenant entre 25 et 35 % (poids) de SiO2 sont considérées comme non altérées et les autres étant contaminées ( figure 81 ).

Figure 81 : Diagramme de Mitchell (1986) opposant Al2O3 au SiO2 pour discriminer les kimberlites contaminées.

Étoiles mauves : NDN 1 - Croix vertes : BT 44 - Losanges rouges : Torngat 1 - Ronds bleus : Torngat 2

Les roches sont non contaminées à  l'exception de l'échantillon de BT44#1, ce qui est cohérent avec les observations microscopiques. En effet cette roche contenait de nombreux fragments de roches encaissantes felsiques.

Toutes ces roches sont ultrabasiques (21-34 % poids SiO2) et potassiques (K2O>Na2O) ( tableau 23 ).

Les teneurs en éléments majeurs correspondent aux intervalles reconnus par Mitchell (1995) à  l'exception du P2O5 pour Torngat 2 qui est anomalement élevé (3 %). Torngat 2 se différencie également, par rapport aux autres intrusions étudiées, par ses faibles teneurs en SiO2 (<22 %), Al2O3 (<1%), en TiO2, K2O et son enrichissement en CaO. Ces observations se corrèlent à  sa composition minéralogique caractérisée par sa matrice carbonatée et son mode élevé en apatite.

Les intrusions ne sont pas ultrapotassiques au sens de Foley (1987) (K2O /Na2O >3 en mole, K2O > 3 % et MgO > 3 %). Seul l'échantillon BT44#1 possède ces caractéristiques, mais ce denier est contaminé selon son C.I. Les éléments alcalins ont pu être ajoutés par l'altération deutérique.

Torngat 1 est la seule intrusion à  être hyperpotassique (K2O/Al2O3 >1 en mole) et hyperalcaline ((K2O + Na2O)/Al2O3 > 1). Ce sont des caractéristiques des orangéïtes et des lamproïtes. Ces données se corrèlent parfaitement avec sa composition minéralogique montrant également des similitudes avec les orangéïtes (paragraphe 2.3.4 ).

Les terres rares sont fortement fractionnées, montrant un fort enrichissement en terres rares légères et un faible enrichissement en TR lourdes ( figure 83 et 84 ), profil caractéristique des roches lamprophyriques alcalines dérivant d'un faible taux de fusion partielle d'une péridotite à  grenat.

Les intrusions du Témiscamingue (moyenne des analyses pour les deux intrusions) se projettent dans le champ typique des kimberlites ( figures 83 ). Elles sont fortement enrichies en TR légères avec des teneurs en La de 300 à  800 fois les valeurs chondritiques. Les teneurs en Yb et Lu sont typiquement inférieures à  10 fois les valeurs des chondrites. Les deux profils sont parallèles. Les intrusions présentent des rapports (La/Yb)n de 147 pour NDN1 et 151 pour BT44.

Figure 83 : Diagramme des terres rares normalisées aux chondrites (Sun et McDouglas 1989) pour les intrusions du Témiscamingue. Le champ en gris correspond aux kimberlites (Mitchell 1995).

Les dykes des monts Torngat (moyenne des analyses) présentent un enrichissement plus important en terres rares légères ( figure 84 ), particulièrement net pour Torngat 1 avec des teneurs en La de 1300 fois les valeurs chondritiques. Le profil se projette légèrement hors du champ des kimberlites d'Afrique du Sud. Les rapports (La/Yb)n sont très différents avec une valeur de 125 pour Torngat 1 et 70 Pour Torngat 2. Cette observation peut être interprétée par un degré de fusion partielle plus important pour le dyke Torngat 2 et/ou une source différente.

Figure 84 : Diagramme des terres rares normalisées aux chondrites (Sun et McDonough 1989) pour les intrusions des Monts Torngat.

Les profils des éléments traces normalisés au manteau primitif sont identiques pour les deux intrusions du Témiscamingue (moyenne des analyses). Ces graphiques sont caractérisés par des anomalies négatives nettes en K, Sr, et faible en Rb et Hf. Les profils sont en effet parallèles, exceptions faites pour les éléments les plus incompatibles (Ba, Rb, Cs et Pb). Cette différence est probablement liée à  des processus secondaires et/ou une possible différenciation pour BT44 ayant entraîné un enrichissement en Ba et un lessivage du Pb. Cette similitude dans les deux profils suggère que les deux intrusions dérivent d'une même source. Cela a une implication directe sur la classification de l'intrusion BT44. NDN 1 est sans aucun doute une kimberlite typique du groupe 1. BT44 présente une minéralogie atypique, mais doit également être considérée à  la vue des résultats géochimiques comme une kimberlite. Elle représente un type évolué/et ou contaminé. Les intrusions n'ont pas été datées mais il est probable qu'elles soient liées au même événement magmatique et sont donc probablement contemporaines. Le décalage noté entre les deux profils peut s'expliquer par la cristallisation fractionnée ou encore par un taux de fusion différent.

Figure 85 : Profils des éléments incompatibles normalisés au manteau primitif (Sun et McDonough 1989) pour les intrusions du Témiscamingue.

Les rapports d'éléments traces tels que Zr/Nb et Nb/La ont une signification pétrogénétique (Weaver 1991). Les kimberlites du groupe I, d'Afrique du Sud, sont caractérisées par des rapports Nb/La >1, Nb/Zr>1 et Ce/Sr <0.5 (Taylor 1994).

NDN1 et BT 44 ont des rapports d'éléments traces identiques à  ceux des kimberlites du groupe 1 d'Afrique du Sud, confirmant la nature kimberlitique des intrusions. Sur la figure 86. Les analyses de ces deux intrusions sont groupées et se projettent hors du champ des kimberlites du groupe 1

Figure 86 : Diagramme opposant Ce/Sr au Nb/La pour les 4 intrusions.

Les rapports Zr/Hf et Nb/Ta sont caractéristiques des roches d'origine mantellique.

Les profils des éléments traces normalisés au manteau primitif (moyenne des analyses), ne sont pas parallèles ( figure 87 ). Les différences sont notables pour le Ti présentant une forte anomalie négative pour Torngat 2 et le phosphore matérialisé par une anomalie négative pour Torngat 1. Ceci indique soit que les sources mantelliques contiennent respectivement un minéral résiduel riche en P (apatite) pour Torngat 1 et en Ti (ilménite) pour Torngat 2 (phénomène de tampon). Une seconde hypothèse est que les sources sont déjà  appauvries en ces éléments (métasomatisme).

Figure 87 : Profils des éléments incompatibles normalisés au manteau primitif (Sun et McDonough 1989) pour les intrusions des Monts Torngat.

Cette différence dans les profils normalisés au manteau primitif, suggère que ces deux roches proviennent de deux sources différentes. Les rapports (La/Yb)n sont également différents pour les deux dykes ( tableau 25 ). Les intrusions ont des ratios Nb/La, Nb/Zr et Ce/Sr différents de ceux des kimberlites du groupe 1. Les analyses se projettent hors du champ des kimberlites du groupe 1 ( figure 86 ).

Les rapports Ce/Y et Zr/Nb sont communément utilisés pour estimer le degré de fusion mis en jeu dans la production de roches basaltiques à  partir d'une source péridotitique (Taiton 1992). La ligne, sur la figure 88, représente la composition des magmas formés pour divers taux de fusion partielle à  l'équilibre d'une péridotite contenant 1.4 ppm de Ce, 3.45 ppm de Y, 8,51 ppm de Zr et 0,54 ppm de Nb. La figure 88 indique que l'échantillon Torngat 2 dériverait d'une source ayant subi un degré de fusion plus important comparé à  l'échantillon Torngat 1. Les taux de fusion pour les intrusions des kimberlites du Témiscamingue seraient équivalents.

Figure 88 : Diagramme opposant Ce/Y au Zr/Nb pour les 4 intrusions (d'après Taiton 1992).

Des rapports en La/Yb et des teneurs significatives en Rb, Ba et Nb représentent de faibles degrés de fusion partielle. La figure 89 opposant Zr/Nb au La/Yb montre également que l'échantillon Torngat 2 se projette à  part des autres intrusions. L'interprétation conventionnelle de ces données est qu'une augmentation du La/Yb correspond à  une diminution du taux de fusion partielle pour une même source (Mitchell 1995). Torngat 2 pourrait donc le résultat de la fusion partielle plus élevée que pour les autres intrusions, sauf si sa source est différente. Ces observations sont cohérentes avec les hypothèses pétrogénétiques postulant que les magmas plus riches en carbonate (carbonatite, aillikite) sont dans certains cas le produit d'un degré de fusion partielle plus important d'une source mantellique moins profonde.

Figure 89 : Diagramme opposant Zr/Nb au La/Yb pour les 4 intrusions.