Le système Re-Os comme traceur et chronomètre de gisements métallifères
Projet DIVEX-B SC43
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Introduction
Depuis maintenant près de deux décennies, le système isotopique Re-Os a démontré son efficacité pour aider à la compréhension des mécanismes de mise en place de minéralisations en contextes magmatiques, de même que pour la datation de minéralisations hydrothermales. Par exemple, la signature isotopique initiale en osmium permet de déduire la quantité de matériel crustal impliqué dans la formation d’un gisement donné (Lambert et al. 1989). Une application Re-Os géochronologique particulièrement réussie est la datation directe de minéralisation de molybdène, pour des âges allant du Précambrien au Néogène (Stein et al. 2001).
Les éléments chimiques 75 et 76 du tableau périodique de Mendeleïev, le rhénium (Re) et l’osmium (Os), sont liés entre eux par une instabilité nucléaire de l’isotope 187 du Re, qui se désintègre en 187Os par émission d’une particule bêta négative (période radioactive : ~42 Ga). Du fait de la grande variation des rapports Re/Os dans les divers matériaux géologiques (plusieurs ordres de grandeurs de variations), les signatures isotopiques en 187Os/188Os, reflétant l’abondance relative de l’isotope 187Os de ces matériaux, est très variables : par exemple, une ophiolite pourra avoir un rapport 187Os/188Os de 0.12, alors qu’une argilite noire, > 5.0. Ces différences permettent un traçage isotopique de l’origine génétique d’une minéralisation (ex. origine mantellique ou fusion de croûte continentale ; Walker et al. 1991). La composition isotopique en Os étant aussi une fonction de l’âge géologique de mise en place de la roche (ou de la minéralisation), il est possible d’obtenir des informations sur la chronologie des processus liés à la minéralisation contribuant ainsi à l’amélioration des modèles génétiques des gisements étudiés.
La méthode est particulièrement adaptée pour tracer et dater des minéralisations d’intérêt économique majeur pour le Québec, en particulier les gisements orogéniques à or, les gisements porphyriques de cuivre-molybdène, les gisements d’uranium en contexte magmatique et sédimentaire et les gisements magmatiques de nickel-cuivre et PGE.
Objectifs
L’objectif principal de ce projet est de doter le Québec d’un outil géochimique de pointe, afin de raffiner les modèles de genèse et d’exploration par de meilleures déterminations directes de leurs âges de mises en place. Actuellement, deux laboratoires Québécois ont les équipements analytiques essentiels aux mesures des éléments Re-Os : le GEOTOP (UQAM), principalement pour l’aspect isotopique, et la Chaire de Recherches du Canada en Métallogénie Magmatique (LabMaTer, UQAC), pour les teneurs élémentaires. Ceci permettra la mise sur pied d’un réseau complet dédié aux mesures Re-Os sur minéralisations sulfurées. Les solutions de traceurs enrichis (spikes) nécessaires à l’étude isotopique du Re-Os actuellement disponibles à Montréal ne sont pas adaptés à l’étude de minéralisations, qui sont trop riches par plusieurs ordres de grandeurs.
Méthode
La fabrication de spikes optimisés pour différents environnements géologiques (âges, teneurs attendues) passe par la mise en solution d’isotopes artificiellement enrichis, sous forme métallique, dans un milieu acide assurant une stabilité à long terme de la solution. Les réactifs utilisés seront purifiés et tester rigoureusement dans le laboratoire Re-Os de l’UQAM. L‘analyse des solutions et d’échantillons étalons permetteront un calibrage inter-laboratoires au niveau international (Markey et al. 2007).
Les techniques Re-Os utilisées au GEOTOP sont les standards académiques en terme de fiabilité et de performances (Creaser et al. 1991 ; Poirier et Doucelance, 2009). L’utilisation d’un High Pressure Asher (HPA-S) permettra des attaques acides agressives (320°C et 130 bars), permettant de solubiliser l’osmium des phases minérales plus réfractaires (Meisel et al. 2003). Un ensemble de porte-échantillons neufs pour le HPA, dédiés à la fabrication des spikes, sera acquis spécialement pour la mise en solution du concentré métallique de spike d’Os, afin d’en minimiser la contamination.
Les laboratoires de l’UQAC, spécialisés dans l’étude des gisements de platinoïdes, sont plus adaptés aux préparations chimiques de matériaux riches. Le laboratoire (LabMaTer, UQAC) comporte déjà une partie du materiel nécéssaire à la procédure analytique Re/Os. (HPA-S, salle blanche et personel de recherché formé aux mesures élémentaires de platinoïdes et Re).
Les premières applications concernent le Québec, tant à l’échelle de la cartographie et de la compréhension régionale (Géologie Québec) que pour l’exploration minière. Il est ainsi envisagé que les premières applications concernent :
- les gisements porphyriques à cuivre, or et molybdène archéens de la Province du Supérieur, tel que Troilus (Inmet) ou Malartic (Osisko);
- les gites d’uranium en cours de reconnaissance de la nouvelle province Protérozoïque de l’Ungava (projets Cage d’Areva et d’Azimut), et dans la province de Grenville (Mont Laurier, Uramin dans le groupe de Wakeham);
- les gisements d’or de type orogénique tant en Abitibi qu’à la Baie James;
- les gisements de Ni-Cu de la ceinture de Raglan.
Références
Lambert et al. (1989). Rhenium-osmium and samarium-neodymium isotopic studies of the Stillwater Complex. Science 244: 1169-1174.
Walker et al. (1991) Re-Os isotopic systematics of Ni-Cu sulfide ores, Sudbury Igneous Complex, Ontario: evidence for a major crustal component. Earth Planetary Sci. Lett. 105: 416-429.
Stein et al. (2001) The remarkable Re–Os chronometer in molybdenite: how and why it works. Terra Nova 13: 479–486.
Markey et al. (2007) Standardizing Re–Os geochronology: A new molybdenite Reference Material (Henderson, USA) and the stoichiometry of Os salts. Chemical Geology 244: 74–87.
Creaser et al. (1991) Negative thermal ionization mass spectrometry of osmium, rhenium and iridium. Geochim. Cosmochim. Acta 55: 397–401.
Poirier et Doucelance (2009) Effective Correction of Mass Bias for Rhenium Measurements by MC-ICP-MS. Geostandards and Geoanalytical Research 33: 195-204.
Meisel et al. (2003) Re–Os systematics of UB-N, a serpentinized peridotite reference material. Chemical Geology 201: 161–179.
