Signatures géochimiques des oxydes de fer et application à l'exploration minière
Projet DIVEX SC16
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Introduction
Les oxydes de fer (magnétite et hématite) sont des minéraux communs qui se retrouvent dans plusieurs types de roches et d’environnements géologiques. Ce sont également des minéraux qui forment plusieurs solutions solides et qui sont résistants à l’altération supergène. Ils peuvent constituer une composante parfois importante de plusieurs types de gîtes minéraux. Bien qu’ils soient très répandus, leur géochimie reste peu étudiée jusqu’à présent. L’analyse par microsonde électronique de la magnétite et de l’hématite de plusieurs types de gîtes a permis d’établir la composition chimique de la magnétite et d’établir des variations dans l’abondance de certains éléments-clés selon le type de gîte. Il est ainsi possible d’assigner une signature unique des oxydes de fer à un type de gîte particulier. La microsonde électronique offre donc une nouvelle méthode rapide et peu coûteuse de classification gîtologique pouvant être utilisée en exploration minérale.
Objectifs
Cette étude préliminaire a pour but d’établir la composition géochimique des oxydes de fer retrouvés dans différents types de gîtes minéraux. Elle vise à définir une signature géochimique caractéristique qui pourra être utile à l’exploration minérale. Bien que de nombreuses techniques analytiques soient possibles pour analyser les oxydes de fer, l’utilisation de la microsonde électronique (EMP) présente l’avantage de pouvoir effectuer de nombreuses analyses à l’intérieur d’un court laps de temps et à faible coût (p.ex. ICP-MS par ablation laser). C’est donc un outil idéal pour l’industrie de l’exploration qui a souvent de grandes quantités d’échantillons à analyser et qui désire avoir des résultats rapidement.
Méthode
Des échantillons provenant de divers gîtes de type IOCG, ainsi que d’autres types, ont été sélectionnés dans plusieurs collections d'universités et personnelles. Les lames minces polies contenant les grains d’oxydes de fer sélectionnés ont été recouvertes d’une couche de carbone, puis analysées avec la microsonde électronique CAMECA SX-100 de l’Université Laval. Trois routines d’analyse (une routine pour des analyses d’éléments majeurs et 2 routines d’éléments traces) ont été nécessaires afin de pouvoir analyser tous les éléments souhaités.
La routine d’analyse des éléments majeurs génère des limites de détections substantiellement plus élevées que celle des éléments traces. L’augmentation de l’ampérage pour les routines d’analyse des éléments traces de 20 à 100 nA permet de diminuer d’un facteur de 5 à 6 fois la limite de détection. Il est par conséquent jugé inutile d’effectuer une routine des éléments majeurs si ces éléments peuvent être inclus dans une routine d’analyse des éléments traces. Nous n’utiliserons donc par les analyses des majeurs, sauf pour le Ca qui n’a pas été analysé à 100 nA.
Résultats
Des différences de composition entre la magnétite et l’hématite dans un même gîte sont parfois apparentes. L’hématite secondaire formée par oxidation de la magnétite montre les variations les plus importantes, notamment un appauvrissement en Si et un enrichissement en Ti. Cependant, l’hématite formée par remplacement pseudomorphique de la magnétite ne montre pas de changements de composition.
Les éléments pouvant servir à la définition d’une signature géochimique sont les suivants : V, Ti, Mn, Cr, Ni, Si, Al, Ca et Mg. Afin d’obtenir la limite de détection la plus basse possible, ces éléments devraient tous être analysés à 100 nA et 15 kV, avec un temps de comptage de 30 secondes sur pic et 10 secondes sur bruit de fond. Les diagrammes multiéléments des moyennes par types de gîte permettent de définir une signature chimique des oxydes de fer pour plusieurs types de gîte. Le tableau ci-dessous présente un résumé des variations des éléments clés avec un symbole indiquant l’ordre de grandeur relatif des teneurs. L’absence de symbole indique que les teneurs se situent dans la moyenne générale. Ce sont donc ces éléments qui définissent la composition chimique des oxydes de fer et qui permettent d’établir la signature géochimique.
| V | Ti | Mn | Cr | Ni | Si | Al | Ca | Mg | |
| IOCG | - | + | -- | -- | ++ | + | -- | ||
| Kiruna | ++ | ++ | -- | + | + | - | -- | ||
| BIF | -- | -- | ++ | -- | -- | + | - | -- | |
| Porphyre | ++ | ++ | - | -- | ++ | ++ | - | ||
| Skarn | + | + | + | -- | ++ | ++ | ++ | + | |
| Fe-Ti | +++ | +++ | + | ++ | -- | - | +++ | -- | ++ |
| Chrome | -- | -- | - | +++ | -- | - | -- | -- | |
| Ni-Cu | - | - | - | + | + | -- | -- | ||
| SMV | - | - | -- | -- | ++ | - | + | - |
| -- | teneurs très faibles proches de la limite de détection |
| - | teneurs faibles, sous la moyenne des teneurs moyennes par gîte |
| + | teneurs au-dessus de la moyenne des teneurs moyennes par gîte |
| ++ | teneurs élevées, >1000 ppm |
| +++ | teneurs très élevées, >10 000 ppm |
Les moyennes des teneurs en vanadium et en titane varient selon le type de gîte. Il est donc logique d’utiliser un ratio Ti+V qui permettra de différencier les types de gîte dans un diagramme discriminant. Un deuxième ratio a été calculé en utilisant les éléments enrichis et appauvris dans les gîtes de type Kiruna, soit : Ni+Ca / Cr+Mn. Le diagramme ci-dessous illustre l’utilisation possible de ces ratios. Il permet de caractériser des champs de composition des oxydes de fer par type de gîte.
Définition de champs de composition des oxydes de fer en fonction du type de gîte.
Conclusions
Cette étude préliminaire a permis d’établir que la composition chimique des oxydes de fer est variable, et ce notamment en fonction du type de gîte auquel les oxydes sont associés. Certains éléments montrent une plus grande variabilité que d’autres : V, Ti, Mn, Cr, Ni, Al, Si, Ca et Mg. Ces éléments servent à caractériser la signature géochimique des oxydes, et l’opposition des ratios Ti+V vs (Ni+Ca / Cr+Mn) permet de définir des champs de composition précis par type de gîte.
Le nombre limité d’échantillons par gîte (1 à 3), l’impossibilité de connaître la zonalité précise du gîte et d’où proviennent les échantillons, ainsi que le nombre limité de gîtes échantillonnés par type sont autant de facteurs qu’il faut considérer avant de formuler des guides d’exploration. Néanmoins, il semble qu’il existe tout de même des variations significatives de la composition des oxydes de fer par type de gîte. Les différences de composition observées entre l’hématite et la magnétite, plus particulièrement l’enrichissement en Ti et l’appauvrissement en Si, restent à expliquer. Enfin, les auteurs recommandent d’effectuer plus d’analyses sur un plus grand nombre de gîtes, et d’analyser les variations de composition des oxydes de fer en fonction de la distance par rapport aux zones minéralisées.
