- Email: [email protected]
Mobilité des terres rares au cours des altérations hydrothermales: l'exemple du granité de Serra Branca, Brésil central
des sciences
0 Acadkmie Ckomat6riaux (P&rologie
/ Elsevier,
Paris
/ Geomaferials / Petrology)
Mobilit des terres rares au tours des akations hydrothermales : I’exemple du granite de Serra Branca, B&i1 central Rare-earth elements mobility during hydrotlbermal alteration: the example of the Serra Branca granite, central Brazil Cristina a Depto. Br&il
Pinto-Coelho”,
Nilson
de Geociencias,
Universidade
b lnstituto de Ceoci@ncias, ’ Laboratoire de gbologie 4, place Jussieu, 75252 (ReGu
le 2 f&rier
1999,
Universidade appliqube, Paris cedex accept6
apr&
F. Botelhob, Federal
Guy RogerC*
de Santa
Catarina-Trindade,
Campus
de Brasilia, Campus Universitirio, CNRS-ESA 7058, FR 32, Universite 05, France Gvision
le 29 mars
Universitdrio,
Brasilia DF-70.91 Pierre-et-Marie-Curie
Florian6polis O-900, Bresil (T 26-25,
SC-88.01
3’ &age),
O-970,
case
110,
1999)
Abstract-The Middle Proterozoic granitic massif, in the GoiLs Tin Province, is affected by pervasive post-magmatic hydrothermal alterations, chiefly by eastward, increasingly developed greisenization. Hydrothermal alteration results in strong mineralogical and chemical modifications of granite composition, but nevertheless the effect of fluid circulations is probably limited to a dilution of the initial REE content in magmatic rocks without any important fractionation, as suggested by the similarity between chondrite-normalized patterns for all rocks, from the less altered granite to the muscovite-topaz-bearing greisen. (0 Academic des sciences / Elsevier, Paris.) rare earth elements province / Proterozoic
/ hydrothermal
alteration
/ granite
/ greisen
/ Brazil
/ G6ias
tin
R&urn6 - Le massif granitique du ProGrozoi’que moyen de Serra Branca, dans la province stannif&re de Goids, est affect6 dans son ensemble par des alterations hydrothermales post-magmatiques, dont la principale est une greisenisation, d’intensitk croissante d’ouest en est. L’alteration hydrothermale a fortement modifie la min&alogie granites, mais, cependant, les circulations de fluides ont probablement dilution du stock initial de terres rares dans les roches magmatiques, important, comme le sugg&e la similitude des spectres normalis& depuis le granite le moins transform6 des sciences / Elsevier, Paris.)
terres rares / altkration Coiis / Prot&ozoYque
hydrothermale
jusqu’au
greisen
/ granite
a muscovite
et le chimisme des entrain6 une simple sans fractionnement dans toutes les roches, et topaze.
/ greisen / Br6sil/
province
(0 Academic
stannifsre
de
Abridged version The main economic interest of the Serra Branca Granite (SBG) was greisen-hosted cassiterite (Andrade and Danni, Note
pr6sentGe
par
Jean
* Correspondance [email protected]
et tir&
C. R. Acad.
Paris,
Sci.
1999.328.663-670
1978), actively mined during the 1970s and 1980s (up to 12 000 ‘garimpeiros’ in 1978). The SBG occurs as an elliptical depres-
Dercourt. h part.
Sciences
de
la terre
et des
plan&es
/ Earth
& Planetary
Sciences
663
C. Pinto-Coelho
et al.
sion surrounded by sub-horizontal layers from the quartzitic Middle-Proterozoic Arai Group, transgressive on the granite batholith cfgure 2). A recent geological study of the SBG dealt chiefly with the magmatic evolution and the post-magmatic alterations by hydrothermal processes related to the mineralization (PintoCcelho, 1996). Four granitic rock types were distinguished @gure I). Post-magmatic alterations, namely albitization, greisenization (the very predominant stage) and finally microclinization largely cancelled out the primary magmatic structures, and resulted in important mineralogical and chemical transformations A pervasive greisenization process of granites is increasingly developed eastward. Greisens are very predominantly composed by the quartz-white mica association, with topaz, fluorite, cassiterite and beryl as the most frequent accessory minerals. North to NW-trending micaceous veins, characterized by very fine-grained greenish micas filling, are preferentially associated with muscovite granite and to greisens. The Mid-Proterozoic and/or Brasiliano (500-600 Ma) age of the alteration and mineralizing processes is questionable. The purpose of the REE distribution study in rocks and in separated minerals (micas, fluorite, cassiterite) is to identify magmatic and hydrothermal signatures, and to discuss the REE mobility during post-magmatic transformations.
REE distribution
in rocks
The total REE abundance gradually decreases from biotite granite to muscovite-topaz granite (table). The four granite types show similar chondrite-normalized REE patterns, with more important fractionation rates for HREE than for LREE, and with clear Eu negative anomalies yigure 2, &t-b). REE patterns for greisens are similar to the granitic profiles, with globally lower abundances and greater dispersion of values (table and figure 2~).
REE distribution
in minerals
The total REE abundance is greater in micas compared to the parent whole rocks, and higher grades are recorded in biotite with regard to white micas (table). The comparison between REE patterns for micas (fisure 2d-e) and for rocks show evident similarities. As for the whole rocks, lower grades and a larger range of values are recorded for micas from greisen type yigure Ze). So the similarities recorded between REE profils from separated micas and from their parent rocks suggest that the REE distribution in the studied whole rocks (granite and greisen) are very predominantly inherited from the REE content in micas, part of the REE total amount being possibly hosted by accessory minerals (monazite, zircon, xenotime, apatite) included in the mica crystals. Two other minerals, namely fluorite separated from micaceous veins, from greisen, and from quartz veins in muscovite granite, and cassiterite, show most often very low REE concenC. R. Acad.
trations, but the principal characteristics of their patterns (table, jigures 3 and 4 are not very different from the REE profiles in micas and in whole rocks.
Discussion
and conclusion
Among the Goias Tin Province batholiths, the SBG is characterized by the high level and the wide extension of post-magmatic metasomatic and hydrothermal processes, chiefly greisenization related to Sn-concentrations. The following discussion deals with the REE behaviour during these processes, and the evaluation of relative contribution of magmatic and hydrothermal sources for REE concentrations. The similarities between all the chondrite-normalized REE patterns within the SBG rocks, the less altered granites as well as the most completely transformed rocks (greisens and micaceous veins), support the hypothesis of a unique magmatic signature, the effect of greisen-forming fluid circulation being restricted to a simple dilution of the initial REE stock, without important partitioning (table andfigure 21).The most important diminution of REE concentration arises for muscovite granite compared to biotite granite (La’ range: 150 to < 10 ppm and 480-144 ppm respectively), and otherwise the LREE fractionation is much weaker for the muscovite granite than for the biotite granite. Conversely, only minor variations are noticed for muscovite granite, greisens and micaceous veins, except for the accentuation of the Eu negative anomaly probably related to the increasing ratio of micas with regard to preferentially Eu-bearing feldspar and plagioclase. If it is supposed that the REE distribution was predominantly inherited from the hydrothermal source, resulting in a drastic redistribution of REE in the granitic rocks, then it could be logically expected that increasing REE concentrations are related to increasing intensity of the greisenization process. The evidence, i.e. a clear depletion of the REE concentration with increasing level of greisenization, does not support such an hypothesis, Moreover, in the case of two different magmatic and hydrothermal sources, it is likely that these two signatures could be detected in REE patterns from granite affected by various degrees of partial greisenization. All the REE patterns for separated minerals (micas, fluorite, cassiterite) show similarities with the REE profiles in the SBG rocks (as exemplified byjgure 5). Nevertheless, many authors have published very different patterns for these three minerals @gures-? and 4). The mimetic REE profile for rocks and hydrothermal minerals is interpreted as evidence for a filiation between the fluid and the source-rock for REE. An example is provided by the Christmas Mountains (Texas), where fluorite at the contacts between rhyolitic intrusions and Cretaceous limestone wall-rock has REE patterns that mimic the rhyolite patterns and are distinctly unlike the limestone pattern, indicating an igneous source for REE in fluorite (Rubin et al., 1993). Plimer et al. (1991) concluded that cassiterite from various environments reflects the composition of the ore fluid, and that the fluid had chemical components derived from the parental granite and components acquired by passage through the metamorphosed aureole. REE are generally considered as hygromagmaphife and rather immobile, mainly hosted in accessory minerals (Hanson,
Sci. Paris, Sciences
de la terre
et des pla&tes
/ Earth
& Planetary Sciences 1999.328.663470
Terres
1978; Fourcade, 1981; Charoy, 1986),but they can possibly be more or less mobilized by hydrothermal fluid circulation (Alderton et al., 1980; Fowler and Doig, 1983; Taylor and Fryer, 1983; Morteani et al., 1986;Leroy and Turpin, 1988; Whitford et al., 1988; Ward et al., 1992). The behaviour of REE in the SBG seems to be consistent with these data, i.e. a first stage of primary concentration during the magmatic differentiation, and a later stage of partial leaching related to post-magmatic transformations (especially greisenization) due to important fluid circulations. So, these fluids probably did not transport significant REE amounts from a distant unknown source, but they more likely mobilized part of the REE stock previously concentrated in the granitic rocks. The examples of the Pedra Branca Massif in the G6ias Tin Province (Marini and Botelho, 1986; Botelho, 1992; Marini et al., 1992; Teixeira, 1998) and of
rares
et alt&ation
hydrothermale
East Kemptville leucogranite, Nova Scotia (Halter et al., 1996) seem to be very similar to the SBG. By comparing the present data with published studies (Constantopoulos, 1988; Schandl and Gorton, 1991; Gi&e, 1996), it is suggested that the fluid resulting in greisenization in the SBG was rather basic, reducing, with low fez, and that the fluorite crystallized in a closed environment during late stages of evolution (Marchand et al., 1976; MGller et al., 1976; Grappin et al., 1979; Constantopoulos, 1988). Finally, the REE patterns support the affinity of the SBG with A-type granites (Pinto-Cozlho, 1996), and they can be compared to REE profiles in other tin-granites from the PEG (Marini and Botelho, 1986; Botelho, 1992; Marini et al., 1992) and from Alaska (Newberry et al., 1990).
-
1. Introduction Le massif
granitique
de Serra
Branca
(MGSB)
est situ6
dans la sous-province Tocantins de la province stanniftke de G6ias - PEG - (Marini et Botelho, 1986), au Centre du Br&il (figure 7). L’int&& kconomique du MGSB r&ide dans la cassitkite like a des greisens (Andrade et Marini, 1978), dkouverte en 1972 et activement exploitee jusque dans les an&es 80, et tr&s accessoirement dans le b&y1 et les micas, qui ont fait I’objet de faibles tentatives d’exploitation aprPs la chute du tours de I’btain. Les granites de la PEG, intrusifs dans le socle de la ceinture plisske Brasilia, sont d’zge protkozoique moyen, et ils s’apparentent par leurs caractkes rini et Botelho,
chimiques aux 1986 ; Botelho,
Le MGSB forme N15”W, dominbe
granites 1992).
de x type
A )) (Ma-
une cuvette elliptique de grand par les quartzites sub-horizontaux
axe du
Groupe Arai, d’zge Protkozo’ique moyen, post&ieurs a la mise en place du pluton (figure 1). II a fait I’objet d’une &ude axee sur I’&olution magmatique et sur les processus d’altkation hydrothermale post-magmatiques Ii& aux min&alisations (Pinto-Coelho, 1996). Quatre types de granite ont et6 distinguk : a) le granite porphyrolde grossier h biotite, dont les minkraux principaux sont le quartz, la biotite, la muscovite et les phbnocristaux de feldspath potassique et d’albite ; b) le granite grossier a deux micas c) le granite 2 muscovite hkkogranulaire ; d) le granite muscovite-topaze, trk local. Les minkraux accessoires sont le zircon, I’apatite, I’allanite, la fluorine, la monazite, les oxydes et hydroxydes entre le granite ?I biotite tectonisk D’importantes granites du MSB post-magmatiques, la roche originelle plus dkveloppke, mikralogique C. R. Acad. 1%‘9.328,663-670
Sci.
; a
de fer et les opaques. Le contact et le granite h muscovite semble
variations de composition modale des ksultent de I’empreinte de phknom&nes qui oblit&ent fortement la texture de : albitisation, greisbnisation, de loin la des
Paris,
puis microclinisation. greisens est largement Sciences
de
la terre
et des
La composition dominke par planetes
/ Earth
Figure 1. Carte gbologique schbmatique Serra Branca et de son encaissant, d’apks Ccelho (1996). Geological Andrade
sketch map of the (1978) and Pinto-Coelho
SBCM and (1996).
du massif granitique de Andrade (1978) et Pinto-
surrounding
rocks,
after
I’association quartz - mica blanc. Topaze, fluorine, cassitkrite, b&yl, monazite, scheelite, graphite, sphakrite, zo’isite, zircon, apatite, chlorite, phbnacite et opaques sont des minkaux accessoires frkquents. Des filons mica& d/orientation nord a N15-3O”W sont prkf&entiellement associes au granite 2 muscovite et aux greisens. Ils sont composks, a plus de 95 %, par des micas h grain tr&s fin, de couleur & Planetary
Sciences
verdstre
caractbristique.
Le massif
granitique
C. Pinto-Coelho est fortement tosit planaire
et al. structure, tangentielle
jusqu’h I’acquisition sub-horizontale
d’une schisdans la partie
est du massif, attribuke ?I I’&&ement tectonique Brasiliano (500-600 Ma), qui affecte les granites, les greisens et les filons mica&. La question de I’sge Protkrozo’ique moyen et/au Cambrien des altkations des minkralisations est controvers@e. Globalement, les granites du MGSB
hydrothermales sont
siliceux,
et po-
tassiques, faiblement A moyennement sodiques, peu ferrif&es, pratiquement dkpourvus de Ca, Mg et Ti, et g&&alement pauvres en F et Li. Les altgrations postmagmatiques ont certainement modifik B un degrk variable leur chimisme, A tel point que les variations de composition entre les diffkrents facies peuvent rksulter davantage de ces modifications que de processus magmatiques (Pinto-Coelho, 1996). L’ktude des terres dans les roches et dans des minkraux &par& fluorine, cassiterite) aura pour objectif de tenter fier des discuter tions
rares (TR) (micas, d’identi-
signatures magmatique et hydrothermale et de le comportement des TR au tours des transforma-
post-magmatiques.
2. Distribution
des terres rares
Les roches, les micas et la cassitkrite ont et6 analysks au CRPG A Vandceuvre-I&s-Nancy, par ICP-MS apt& fusion a LiOZ et dissolution par HN03. La fluorine a et@ analyske par activation neutronique au laboratoire Pierre-Sue A
2.1.
Distribution
dans
les roches
des TR (254 ppm, 182 ppm, 111 ppm et 30 ppm respectivement, tableau). Malgrk un fort &alement des valeurs 5 I’intbrieur de chaque type granitique, I’allure g&&ale des spectres normalises aux chondrites reste globalement identique (figure 2, a-6). Elle est caractkisee par un faible fractionnement des TR Ibg&es, par une anomalie negative en Eu omnipresente et par un fractionnement plus important des TR lourdes (tableau). Le granite A muscovite et topaze, tr&s pauvre en TR, a un profil similaire 5 celui des autres faci&s granitiques. La somme des TR dans les greisens et les filons mica& est comparable A celle des granites &olu& (tableau). La distribution des TR dans les greisens montre des formes de spectre (figure 2c) et des param&tres (tableau) semblables & ceux des granites, avec une dispersion des valeurs encore plus grande. Distribution
La somme 2 muscovite correspondante 666
dans les minCraux
&par&
des TR dans le mica blanc &pare est nettement supkrieure A celle (p. ex. 365 ppm et 177 ppm
i
i
I
I
i
I
-
Figure 2. Spectres des TR normalis& aux chondrites dans les roches et les micas du MCSB (domaines ombrks). Comparaison avec le massif de Pedra Branca dans la province stannifhre de Coiis, d’apres Marini et Botelho (1986). (a) Granites A biotite et i deux micas ; car& : granite i biotite de Pedra Branca. (b) Granite a muscovite et topaze ; triangle : granite A muscovite de Pedra Branca. (c) Creisen ; losange : greisen associe au granite de Pedra Branca. (d) Muscovite du granite A muscovite et topaze (domaine ombrt!) et biotite du granite A biotite du MGSB (triangle). (e) Muscovite de greisens et de veines mica&es. Chondrite-normalized REE patterns for SBGM rocks and separated micas (shaded areas). Comparison with the Pedra Branca Massive in the Goi& Tin Province, after Marini and Botelho (1986). (a) Biotitic and two micas granites; square: Pedra Branca biotite granite. (b) Muscovite-topaz granite; triangle: Pedra Branca muscovite granite. (c) Greisen; diamond: greisen associated to the Pedra Branca granite. (d) Muscovite (shaded area) from the muscovite-topaz and biotite (triangle) from the biotitic SBGM granites. (e) muscovite from greisen and micaceous veins.
TR. Sci Paris,
r-
La Ce Nd Sm Eu Gd Dy Et Yb Lu
ment dans sans doute
du granite de la roche respectiveC. R. Acad.
I
+j loo $jfz 10 ;;3 1 .4! E Q,l
La suite lithologique granite & biotite, granite A deux micas, granite .?i muscovite et granite A muscovite-topaze est marquke par une diminution progressive de la somme
2.2.
I
t: O,l’, %lOOO
Saclay. La precision des mesures est de 0,0025 ppm pour Eu et Lu, et de 0,025 ppm pour les autres TR. Les valeurs de normalisation sont celles de Evensen et al. (1978).
Sciences
I’kchantillon d’une dilution
La somme de
des
la terre
SBC-20), cette diffkrence par des minkraux t&s
TR est beaucoup et des
plan&es
/ Earth
plus
rkultant pauvres en
klevke
& Planetary
dans Sciences
1999.328.663470
la
Eu/Eu*
WW*
KWW*
1,73
(La/Sm)*
5,89 (5,001 13,74 (72,26) 0,ov (0,02)
(0,75)
254 (62,6)
TR (ppm)
Parametres
(0,53)
(4,66)
14,27
lo,32 22,71
0,04 (0,02)
(1,96)
8.21
Of1
(0,757
1,32
I,7
(0,03)
(0,78)
n.a
111 (33,s)
0,lO
0,87
1,64
(2,69)
n.a
9,63
n.a
8,93 (3,54)
(0,09)
182
0,13
1 ,oo
3,45 (2,38) 0,39 (0,27)
Yb
Lu
n.a
n.a
2,ll
5,73 (3,Ol)
Er
Tm
n.a
12,19
12,77
n.a
(3,33)
0,13
3,O
(2,91)
0,43
18,95 (4,501
15,73
Cd
(0,72/
4,3
(7,65)
20,69
12,94
6,28
5,89 0,03 0,16
7,09
7,78 (2,28) (0,747
0,ll
16,56
l/V
68 (8,787
572
0,47
4,35
(0,47)
(0,02)
31 (37,s)
(0,221
n.a
0,05
10,39
n.a 0,26
n.a
0,51 (0,43)
44,28
n.a
(2,57)
n.a
2,31
38,17
I,39
36,l
114,8
215,2
106,7
n.a
(5,121
6(n=l)
11,89(72,66) 5,62 (6,79) 2,39 (2,46) 0,07 (0,OS) 2,66 (2,581
5,12
5 (n = 8)
1,46
1)
30
0,03
0,43
n.a
0,69
n.a
3,9
n.a
3,34
0,03
10,v
(8,08) (70‘16)
18,53 318
4(n=
(0,70)
0,lV
(7,371 (0,071
0,05
(0,19)
(0,07)
13,61
8,22
1,35
255 (757)
(J,lS)
n.a
(2,421
n.a
(13,70)
1,98
4,27
23,42
(11,24) n.a
(0,08)
0,28
(7 1,24/
18,85
19,95
(30,OS)
(59,40)
(27,291
47,55
97,30
41 ,oo
7 (n = 2)
7,89
0,lO
4,33
4,28
0
(0,04)
(0,251
n.a
(0,44)
n.a
(0,05)
(6,23)
(2,83)
(0,39)
32 (40)
0,06
0,56
0,80
0,62
IO,79
n.a
(2,701
4,17 (2,42)
3,ll
1
23
0,02
0,21
n.a
0,37
n.a
2,26
n.a
2,07
0
(8,32)
(15,88)
22
IO,02
4,40 (7,Ol)
9 (n = 4)
2,97 (3,35) 0,07 (0,04)
-
6,68
(0,04)
(0,461
n.a
(0,49)
n.a
0,13
18,13
3,14
1,78
(0,777
(36,58)
(3,08)
(7,83)
17 (14‘6)
0,05
0,44
0,50
(7,51)
n.a
(28,24)
(0,41)
(20,79)
(77,92)
(25,44)
(10,46)
(7,77)
(0,OO)
(59)
3,22 (2,831 0,06 (0,04)
2,53 (7,77)
(0,32)
7,4 (7,O) 1,15
0,06 (0,03/
(9,57)
(0,08) 0,02 (0,Ol)
3,75 (6,43)
10,29
0,45 (0,59)
110
0,42 (0,53)
0,19
n.a
3,64 (4,57)
0,83 (0,80)
n.a
0,22 (0,741
7,77 (7,71) n.a
0,98 (0,68)
n.a
0,61 (0,47)
0,Ol
0,57 (0,631
1,02 (7,36)
2,86 (2,73)
1,Ol
12 (n = 4)
8: muscovite
analyse. ; 7 : muscovite
n.a
7,57 (7,06)
32,72
0,88 (0,69) I,69
0,45
0,02 (0,02)
11,85
17,23
20,48
(7,92)
(8,93)
(4,16)
analyzed. granite;
11 (n = 4)
n.a.: not muscovitic
0,74 (0,48)
1 ,vo
7,82
2,80
10 (n = 5)
from
aux chondrites. n.a. : non du granite a biotite 6 : biotite ; 12 : cassiterite.
*: chondrite-normalized. granite; 7: muscovite
5,55
1)
* : normalise Mineraux. ; 11 : fluorine
3,8
9,o
3,4
8(n=
from the SBGM. n: number of analyses. Arithmetic mean (standard deviation). granite; 4: muscovite-topaz granite; 5: greisen. Minerals. 6: biotite from biotitic vein; 10: muscovite from greisen; 11 : fluorite; 12: cassiterite.
tries du MGSB. n : nombre d’analyses. Moyenne arithmetique (ecarf-type). i muscovite ; 4 : granite i muscovite et topaze ; 5 : greisens et filons mica&s. et topaze ; 9 : muscovite des filons mica&s ; 10 : muscovite des greisens
41,71
3 (n = 9)
8,47
1)
12,5
Ho
0,46
Eu
(3,37)
DY
15,70
Sm
(29,SO)
(77,06)
n.a
48,03
Nd
39,7 72,0 35,6
n.a
102,38
Ce
(8,55)
2(n=
Tb
43,02
(ppm)
La
Teneurs
1 (n = 4)
REE mean concentrations in rocks and separated minerals Rocks. 1: biotite granite; 2: two micas granite; 3: muscovite from muscovite-topaz granite; 9: muscovite from micaceous
Tableau. Teneurs moyennes en TR des roches et de mineraux Roches. 1 : granite i biotite ; 2 : granite a 2 micas ; 3 : granite du granite a muscovite ; 8 : muscovite du granite h muscovite i “b.i ..”
C. Pinto-Coelho
et al
biotite (572 ppm) que dans la muscovite, et cela peut @tre rapprochk de la plus grande richesse en TR du granite A
100 f Q
1
biotite par rapport au granite ?I muscovite (tableau). Les spectres normalis& de la biotite et des micas blancs ont des profils trPs semblables, aux teneurs pres (figure 24. De faGon g&&ale, pour les diffhrents facigs granitiques, les profils des spectres normalis& des micas tri6s sont pratiquement superposables A ceux des roches d’origine, avec seulement des diffkrences de teneurs assez mod&?es, et
La
/ / / / I Ce Nd Sm Eu Cd
, Dy
I Er
I I Yb Lu
-
SBC-38
-
SBC-74
-
SB-IO
-
SB-26
---A---
kch.
1007
(figure 2).
comportement &g&ement diffkrent des TR lourdes Les micas des greisens et des filons mica& montrent des profils d’allure analogue, mais plus pertur-
Figure 4. Spectres des TR normalis& tkrite du MCSB (4 Cchantillons). kh. associC au Granite de Mole, Australie .”
b&, avec des teneurs en TR trils basses (souvent infkrieure A dix fois celles des chondrites) et parfois des anomalies negatives significatives en Nd et Er, en plus de I’anomalie
Chondrite-normalized REE patterns for SBGM separated cassiterite (4 samples). Sample 1007: cassiterite from a greisen associated to the Mole Granite, Australia (Plimer et al., 1991).
un
systematique en Eu (figure 2e). Ces similitudes entre tries et roches d’origine montrent que la distribution TR dans les granites et les greisens &udi& traduit preinte t&s p@pond&ante blement portees en pat-tie (monazite, zircon, xknotime,
des par
micas des I’em-
TR dans les micas, probades mineraux accessoires apatite) inclus dans les mi-
cas. Les TR ont egalement et6 analyskes dans des cristaux de fluorine tri&. Les variations de teneurs entre 6chantillons sont t@s grandes, surtout dans le domaine des TR lkg&es, dont les teneurs sont le plus souvent tr&s basses, alors que le fractionnement des TR lourdes est moins dispers6 (ta-
bleau
et figure 3). ressemblance
grande
de filons marquee, peu plus leg&es
Les spectres avec ceux
offrent une de greisens et
mica&s, avec une anomalie negative en Eu bien un fractionnement faible dans I’ensemble, un important dans les TR lourdes que dans les TR (tableau). Enfin, les TR ont Pt6 analyskes dans 4
(tableau et figure 4). Les teneurs mais I’allure des spectres normalide celle des spectres des greisens
concentr6s de cassiterite en TR sont tr&s basses, ~6s n’est pas diffbrente porteurs de la cassiterite.
1000
normalis& des micas
-
1
/
,
,
,
,
,
I
/
SB-94B
tions ont profond6ment de vue min&alogique
transform6 et chimique.
les granites des points Quel a 6t6 le compor-
tement des TR au tours de ces transformations, estimer dans quelle mesure ces elements ont par les fluides responsables de la greisenisation, des stades magmatiques ? La similitude des profils aux chondrites dans toutes dans les facies magmatiques dans les facies hydrothermaux
et peut-on et6 apport6s ou h&it&
des spectres de TR normalis& les roches du MGSB, aussi bien les moins transform& que (greisens en masses et filons
SB-94D
(tableau), ainsi que le parall6lisme des spectres normalis& (figure 2). Le principal appauvrissement en TR se produit
SBC-01
entre granite
,
La Ce Nd Sm Eu Cd Tb Ho Tm Yb Lu Figure 3. Spectres des TR normalis& aux chondrites dans la fluorine du MCSB. SB-94B et SBC-01 : fluorine violette dans un filon mica& ; SB-94C : fluorine vert clair dans une veine de quartz recoupant le granite B muscovite ; SB-94D : fluorine vert sombre dans un greisen apical ; J-81.29 : fluorine diss6minke dans le calcaire au Texas (Rubin et al., 1993). Chondrite-normalized REE patterns for SBCM separated fluorite. SB-94B and SBC-01 : violet fluorite in a micaceous vein; SB-94C: pale green fluorite in a quartz veinlet cutting the muscovite granite; SB-94D: dark green fluorite in an apical greisen; J-81.29: fluorite disseminated in limestone from Texas (Rubin et al., 1993).
668
Le MGSB se distingue des autres massifs de la PEG par I’intensitk et I’extension particuli&ement grandes des ph6nomitnes m&asomatiques-hydrothermaux post-magmatiques, et plus particuliPrement de la greisknisation, 2 laquelle est Iike la min&alisation stannifere. Ces alt&a-
fractionnement important, sauf peut-$tre pour Eu, comme le montrent les valeurs comparables des rapports (LaISm)*, (Gd/Yb)* et (La/Yb)* dans les granites et dans les greisens
J-91.29 I
et conclusions
mica&s), Gmoigne en faveur d’une signature magmatique, avec simple dilution par les fluides responsables de la greis6nisation. La dilution du stock initial de TR, croisSante avec le degr6 de greisknisation, s’est faite sans
SB-94C
O.I’,
3. Discussion
aux chondrites dans la cassi1007 : cassitCrite d’un greisen (Plimer et al., 1991).
C. R. Acad.
le granite A biotite A muscovite (La*
(La* = 480 B 144 = 150 A < 10 ppm),
ppm) et le et on note
egalement un fractionnement des TR I6g&res bien plus faible dans les granites A muscovite que dans les granites B biotite (tableau). II n’y a par contre pas de variation importante entre les granites A muscovite et le groupe des greisens et des filons mica&. On note surtout un creusement de I’anomalie n6gative en Eu, traduisant vraisemblablement la plus grande proportion relative des micas par rapport aux pr6f&entiellement
feldspaths et plagioclases, Eu. Si cette signature
qui avait
concentrent et6 impos6e
par le fluide greisbnisant, qui aurait alors fortement redistribu6 le stock de TR dans les roches magmatiques, on pourrait s’attendre & enregistrer une augmentation de I’abondance des TR corr6l6e A I’intensite croissante du ph&om&ne de greisknisation. Or, on constate, au Sci. Paris,
Sciences
de
la terre
et des
plan&es
/ Earth & Plonetafy
Sciences
1999.328.663-670
Terres rares et alt&ation contraire, covitisees
un appauvrissement et dans les greisens.
Dans
dans les roches tr&s musDe plus, si la distribution
done, diluant.
des TR montrait deux signatures differentes superposees, l’une magmatique et I’autre libe aux fluides greisenisants, on devrait lire cette double signature dans les roches partiellement transformhes, et non pas enregistrer un
utiliske
pour
identifier
le protolite
1978 ; Fourcade, vent cependant
magmatiques impliquant la quantit& de fluides greisknisants.
lesquels 1991).
diffbrentes suggilrent
la fluorine a cristallist5 tardifs de I’&olution et al., 1976 ; Grappin 1988).
La Ce Nd Sm Eu Gd Dy Er Yb Lu dans
aux tribes,
publications, que les fluides
les don&es greisknisants
du prbsent du MGSB
travail &aient
plut6t basiques, reducteurs et a basse fo, (Constantopoulos, 1988 ; Schandl et Gorton, 1991 ; Giere, 1996), et que
SB-94-B SBC-08-MB SBC-08-RT
Figure 5. Veine mica&e spectres de TR normal& muscovite (SK-O&MB) ,:: “n
circulation de grandes Ces fluides n’auraient
pas apporte de notables quantites de TR en provenance d’une source differente et plus ou moins lointaine, mais ils auraient h&it6 d’une partie du stock de TR present dans les roches granitiques a travers lesquelles ils ont percole et avec lesquelles ils tendaient 2 s’bquilibrer. Par refbrence ?I
100 Y ‘Z z 2 IO Y 2 +
1981 ; Charoy, 1986), mais elles peu&tre mobilisbes par certains fluides hydro-
aspects du comportement des TR, qui se seraient d’abord concentrees dans les roches granitiques lors de la diffbrenciation magmatique, puis auraient et@ partiellement lessiimportantes transformations post&es lors des
disseminke dans un calcaire au Texas, qui montre un profil de spectre mimbtique de celui d’une rhyolite voisine (Rubin et al., 1993), ou de cassiterites provenant de divers environnements, dbposees par des fluides portant I’emils sont issus ou ?I travers equilibres (Plimer et al.,
globalement massif graniti-
thermaux (Alderton et al., 1980 ; Fowler et Doig, 1983 ; Taylor et Fryer, 1983 ; Morteani et al., 1986 ; Leroy et Turpin, 1988 ; Whitford et al., 1988 ; Ward et al., 1992). L’exemple du MGSB semble coherent avec ces deux
des spectres de TR indiquerait une parent6 entre le minkral et une roche-source, par exemple dans le cas de la fluorine
des terrains dont circulb et se sont
se comporte
De faGon g&&ale, les TR sont consid&ees comme des &5ments hygromagmaphiles et plut8t immobiles, port& essentiellement par des min&aux accessoires (Hanson,
tries est du
mica et de la roche globale dans un filon mica& (figure 5). La comparaison avec des don&es de la Iitterature montre que les spectres de ces min&aux peuvent presenter des profils trtis diffkrents (figures 3 et 4). La forme mimbtique
preinte ils ont
hydrothermale
?I une conclusion tr&s similaire & propos de la greisenisation (greisens a quartz, topaze et muscovite) du leucogranite d’East Kemptville (Nova Scotia).
original.
La similitude des spectres de TR des mineraux (micas, fluorine, cassitkrite) et des roches du MGSB bien illustree par I’identitk des spectres de la fluorine,
I’alt&ation
pour les TR, comme un processus C’est bgalement le cas d’un autre
que de la province stannifgre de Goi&, celui de Pedra Branca (sous-province de ParanH), oti les teneurs en TR diminuent depuis le granite le moins &oluk jusqu’au greisen (Marini et Botelho, 1986 ; Botelho, 1992 ; Marini et al., 1992 ; Teixeira, 1998). Halter et al. (I 996) ont abouti
m&me type de profil de spectre de TR dans toutes les roches. Ces r&.ultats montrent clairement que la distribution des TR n’a pas et6 profondkment modifiee par la circulation des fluides, et que la forme de leur spectre peut &tre
le MGSB,
hydrothermale
le MGSB : comparaison entre les chondrites de fluorine (SB-94B) et de et de la roche totale (SBC-08-RT).
Enfin,
en milieu (Marchand et al.,
fermk pendant les stades et al., 1976 ; MGller 1979 ; Constantopoulos,
la forme
des spectres de TR des granites du MSB massifs de la PEG (Marini et Botelho, 1986 ; Marini et al., 1992 ; Botelho, 1992) prksente des similitudes avec celle de granites alcalins de x type A )), par exemple les granites stannifgres fortement diff&enci&
(figure 2) et d’autres
Micaceous vein in the SBCM: comparison between the chondritenormalized REE patterns for separated fluorite (SB-94B) and muscovite (SBC-08-M@, and for the whole rock (SBC-08-RT).
d’Alaska
(Newberry
et al.,
1990).
Remerciements. Nous remercions le Conselho National de Desenvolvimento Cientifico e Tecnolbgico (CNPq) du gouvernement bresilien pour I’aide financibre apportee 6 I’exkcution de ce travail, dans le cadre de la these de doctorat du premier auteur (CPC), L. Raimbault, du laboratoire Pierre-SiJe, pour les analyses de fluorine, L. Marin et le personnel du SARM/CRPG pour les autres analyses, ainsi que P. Rossi. pour sa lecture critique et constructive du manuscrit.
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Paris
/ Geomaferials / Petrology)
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Pinto-Coelho”,
Nilson
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b lnstituto de Ceoci@ncias, ’ Laboratoire de gbologie 4, place Jussieu, 75252 (ReGu
le 2 f&rier
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Universidade appliqube, Paris cedex accept6
apr&
F. Botelhob, Federal
Guy RogerC*
de Santa
Catarina-Trindade,
Campus
de Brasilia, Campus Universitirio, CNRS-ESA 7058, FR 32, Universite 05, France Gvision
le 29 mars
Universitdrio,
Brasilia DF-70.91 Pierre-et-Marie-Curie
Florian6polis O-900, Bresil (T 26-25,
SC-88.01
3’ &age),
O-970,
case
110,
1999)
Abstract-The Middle Proterozoic granitic massif, in the GoiLs Tin Province, is affected by pervasive post-magmatic hydrothermal alterations, chiefly by eastward, increasingly developed greisenization. Hydrothermal alteration results in strong mineralogical and chemical modifications of granite composition, but nevertheless the effect of fluid circulations is probably limited to a dilution of the initial REE content in magmatic rocks without any important fractionation, as suggested by the similarity between chondrite-normalized patterns for all rocks, from the less altered granite to the muscovite-topaz-bearing greisen. (0 Academic des sciences / Elsevier, Paris.) rare earth elements province / Proterozoic
/ hydrothermal
alteration
/ granite
/ greisen
/ Brazil
/ G6ias
tin
R&urn6 - Le massif granitique du ProGrozoi’que moyen de Serra Branca, dans la province stannif&re de Goids, est affect6 dans son ensemble par des alterations hydrothermales post-magmatiques, dont la principale est une greisenisation, d’intensitk croissante d’ouest en est. L’alteration hydrothermale a fortement modifie la min&alogie granites, mais, cependant, les circulations de fluides ont probablement dilution du stock initial de terres rares dans les roches magmatiques, important, comme le sugg&e la similitude des spectres normalis& depuis le granite le moins transform6 des sciences / Elsevier, Paris.)
terres rares / altkration Coiis / Prot&ozoYque
hydrothermale
jusqu’au
greisen
/ granite
a muscovite
et le chimisme des entrain6 une simple sans fractionnement dans toutes les roches, et topaze.
/ greisen / Br6sil/
province
(0 Academic
stannifsre
de
Abridged version The main economic interest of the Serra Branca Granite (SBG) was greisen-hosted cassiterite (Andrade and Danni, Note
pr6sentGe
par
Jean
* Correspondance [email protected]
et tir&
C. R. Acad.
Paris,
Sci.
1999.328.663-670
1978), actively mined during the 1970s and 1980s (up to 12 000 ‘garimpeiros’ in 1978). The SBG occurs as an elliptical depres-
Dercourt. h part.
Sciences
de
la terre
et des
plan&es
/ Earth
& Planetary
Sciences
663
C. Pinto-Coelho
et al.
sion surrounded by sub-horizontal layers from the quartzitic Middle-Proterozoic Arai Group, transgressive on the granite batholith cfgure 2). A recent geological study of the SBG dealt chiefly with the magmatic evolution and the post-magmatic alterations by hydrothermal processes related to the mineralization (PintoCcelho, 1996). Four granitic rock types were distinguished @gure I). Post-magmatic alterations, namely albitization, greisenization (the very predominant stage) and finally microclinization largely cancelled out the primary magmatic structures, and resulted in important mineralogical and chemical transformations A pervasive greisenization process of granites is increasingly developed eastward. Greisens are very predominantly composed by the quartz-white mica association, with topaz, fluorite, cassiterite and beryl as the most frequent accessory minerals. North to NW-trending micaceous veins, characterized by very fine-grained greenish micas filling, are preferentially associated with muscovite granite and to greisens. The Mid-Proterozoic and/or Brasiliano (500-600 Ma) age of the alteration and mineralizing processes is questionable. The purpose of the REE distribution study in rocks and in separated minerals (micas, fluorite, cassiterite) is to identify magmatic and hydrothermal signatures, and to discuss the REE mobility during post-magmatic transformations.
REE distribution
in rocks
The total REE abundance gradually decreases from biotite granite to muscovite-topaz granite (table). The four granite types show similar chondrite-normalized REE patterns, with more important fractionation rates for HREE than for LREE, and with clear Eu negative anomalies yigure 2, &t-b). REE patterns for greisens are similar to the granitic profiles, with globally lower abundances and greater dispersion of values (table and figure 2~).
REE distribution
in minerals
The total REE abundance is greater in micas compared to the parent whole rocks, and higher grades are recorded in biotite with regard to white micas (table). The comparison between REE patterns for micas (fisure 2d-e) and for rocks show evident similarities. As for the whole rocks, lower grades and a larger range of values are recorded for micas from greisen type yigure Ze). So the similarities recorded between REE profils from separated micas and from their parent rocks suggest that the REE distribution in the studied whole rocks (granite and greisen) are very predominantly inherited from the REE content in micas, part of the REE total amount being possibly hosted by accessory minerals (monazite, zircon, xenotime, apatite) included in the mica crystals. Two other minerals, namely fluorite separated from micaceous veins, from greisen, and from quartz veins in muscovite granite, and cassiterite, show most often very low REE concenC. R. Acad.
trations, but the principal characteristics of their patterns (table, jigures 3 and 4 are not very different from the REE profiles in micas and in whole rocks.
Discussion
and conclusion
Among the Goias Tin Province batholiths, the SBG is characterized by the high level and the wide extension of post-magmatic metasomatic and hydrothermal processes, chiefly greisenization related to Sn-concentrations. The following discussion deals with the REE behaviour during these processes, and the evaluation of relative contribution of magmatic and hydrothermal sources for REE concentrations. The similarities between all the chondrite-normalized REE patterns within the SBG rocks, the less altered granites as well as the most completely transformed rocks (greisens and micaceous veins), support the hypothesis of a unique magmatic signature, the effect of greisen-forming fluid circulation being restricted to a simple dilution of the initial REE stock, without important partitioning (table andfigure 21).The most important diminution of REE concentration arises for muscovite granite compared to biotite granite (La’ range: 150 to < 10 ppm and 480-144 ppm respectively), and otherwise the LREE fractionation is much weaker for the muscovite granite than for the biotite granite. Conversely, only minor variations are noticed for muscovite granite, greisens and micaceous veins, except for the accentuation of the Eu negative anomaly probably related to the increasing ratio of micas with regard to preferentially Eu-bearing feldspar and plagioclase. If it is supposed that the REE distribution was predominantly inherited from the hydrothermal source, resulting in a drastic redistribution of REE in the granitic rocks, then it could be logically expected that increasing REE concentrations are related to increasing intensity of the greisenization process. The evidence, i.e. a clear depletion of the REE concentration with increasing level of greisenization, does not support such an hypothesis, Moreover, in the case of two different magmatic and hydrothermal sources, it is likely that these two signatures could be detected in REE patterns from granite affected by various degrees of partial greisenization. All the REE patterns for separated minerals (micas, fluorite, cassiterite) show similarities with the REE profiles in the SBG rocks (as exemplified byjgure 5). Nevertheless, many authors have published very different patterns for these three minerals @gures-? and 4). The mimetic REE profile for rocks and hydrothermal minerals is interpreted as evidence for a filiation between the fluid and the source-rock for REE. An example is provided by the Christmas Mountains (Texas), where fluorite at the contacts between rhyolitic intrusions and Cretaceous limestone wall-rock has REE patterns that mimic the rhyolite patterns and are distinctly unlike the limestone pattern, indicating an igneous source for REE in fluorite (Rubin et al., 1993). Plimer et al. (1991) concluded that cassiterite from various environments reflects the composition of the ore fluid, and that the fluid had chemical components derived from the parental granite and components acquired by passage through the metamorphosed aureole. REE are generally considered as hygromagmaphife and rather immobile, mainly hosted in accessory minerals (Hanson,
Sci. Paris, Sciences
de la terre
et des pla&tes
/ Earth
& Planetary Sciences 1999.328.663470
Terres
1978; Fourcade, 1981; Charoy, 1986),but they can possibly be more or less mobilized by hydrothermal fluid circulation (Alderton et al., 1980; Fowler and Doig, 1983; Taylor and Fryer, 1983; Morteani et al., 1986;Leroy and Turpin, 1988; Whitford et al., 1988; Ward et al., 1992). The behaviour of REE in the SBG seems to be consistent with these data, i.e. a first stage of primary concentration during the magmatic differentiation, and a later stage of partial leaching related to post-magmatic transformations (especially greisenization) due to important fluid circulations. So, these fluids probably did not transport significant REE amounts from a distant unknown source, but they more likely mobilized part of the REE stock previously concentrated in the granitic rocks. The examples of the Pedra Branca Massif in the G6ias Tin Province (Marini and Botelho, 1986; Botelho, 1992; Marini et al., 1992; Teixeira, 1998) and of
rares
et alt&ation
hydrothermale
East Kemptville leucogranite, Nova Scotia (Halter et al., 1996) seem to be very similar to the SBG. By comparing the present data with published studies (Constantopoulos, 1988; Schandl and Gorton, 1991; Gi&e, 1996), it is suggested that the fluid resulting in greisenization in the SBG was rather basic, reducing, with low fez, and that the fluorite crystallized in a closed environment during late stages of evolution (Marchand et al., 1976; MGller et al., 1976; Grappin et al., 1979; Constantopoulos, 1988). Finally, the REE patterns support the affinity of the SBG with A-type granites (Pinto-Cozlho, 1996), and they can be compared to REE profiles in other tin-granites from the PEG (Marini and Botelho, 1986; Botelho, 1992; Marini et al., 1992) and from Alaska (Newberry et al., 1990).
-
1. Introduction Le massif
granitique
de Serra
Branca
(MGSB)
est situ6
dans la sous-province Tocantins de la province stanniftke de G6ias - PEG - (Marini et Botelho, 1986), au Centre du Br&il (figure 7). L’int&& kconomique du MGSB r&ide dans la cassitkite like a des greisens (Andrade et Marini, 1978), dkouverte en 1972 et activement exploitee jusque dans les an&es 80, et tr&s accessoirement dans le b&y1 et les micas, qui ont fait I’objet de faibles tentatives d’exploitation aprPs la chute du tours de I’btain. Les granites de la PEG, intrusifs dans le socle de la ceinture plisske Brasilia, sont d’zge protkozoique moyen, et ils s’apparentent par leurs caractkes rini et Botelho,
chimiques aux 1986 ; Botelho,
Le MGSB forme N15”W, dominbe
granites 1992).
de x type
A )) (Ma-
une cuvette elliptique de grand par les quartzites sub-horizontaux
axe du
Groupe Arai, d’zge Protkozo’ique moyen, post&ieurs a la mise en place du pluton (figure 1). II a fait I’objet d’une &ude axee sur I’&olution magmatique et sur les processus d’altkation hydrothermale post-magmatiques Ii& aux min&alisations (Pinto-Coelho, 1996). Quatre types de granite ont et6 distinguk : a) le granite porphyrolde grossier h biotite, dont les minkraux principaux sont le quartz, la biotite, la muscovite et les phbnocristaux de feldspath potassique et d’albite ; b) le granite grossier a deux micas c) le granite 2 muscovite hkkogranulaire ; d) le granite muscovite-topaze, trk local. Les minkraux accessoires sont le zircon, I’apatite, I’allanite, la fluorine, la monazite, les oxydes et hydroxydes entre le granite ?I biotite tectonisk D’importantes granites du MSB post-magmatiques, la roche originelle plus dkveloppke, mikralogique C. R. Acad. 1%‘9.328,663-670
Sci.
; a
de fer et les opaques. Le contact et le granite h muscovite semble
variations de composition modale des ksultent de I’empreinte de phknom&nes qui oblit&ent fortement la texture de : albitisation, greisbnisation, de loin la des
Paris,
puis microclinisation. greisens est largement Sciences
de
la terre
et des
La composition dominke par planetes
/ Earth
Figure 1. Carte gbologique schbmatique Serra Branca et de son encaissant, d’apks Ccelho (1996). Geological Andrade
sketch map of the (1978) and Pinto-Coelho
SBCM and (1996).
du massif granitique de Andrade (1978) et Pinto-
surrounding
rocks,
after
I’association quartz - mica blanc. Topaze, fluorine, cassitkrite, b&yl, monazite, scheelite, graphite, sphakrite, zo’isite, zircon, apatite, chlorite, phbnacite et opaques sont des minkaux accessoires frkquents. Des filons mica& d/orientation nord a N15-3O”W sont prkf&entiellement associes au granite 2 muscovite et aux greisens. Ils sont composks, a plus de 95 %, par des micas h grain tr&s fin, de couleur & Planetary
Sciences
verdstre
caractbristique.
Le massif
granitique
C. Pinto-Coelho est fortement tosit planaire
et al. structure, tangentielle
jusqu’h I’acquisition sub-horizontale
d’une schisdans la partie
est du massif, attribuke ?I I’&&ement tectonique Brasiliano (500-600 Ma), qui affecte les granites, les greisens et les filons mica&. La question de I’sge Protkrozo’ique moyen et/au Cambrien des altkations des minkralisations est controvers@e. Globalement, les granites du MGSB
hydrothermales sont
siliceux,
et po-
tassiques, faiblement A moyennement sodiques, peu ferrif&es, pratiquement dkpourvus de Ca, Mg et Ti, et g&&alement pauvres en F et Li. Les altgrations postmagmatiques ont certainement modifik B un degrk variable leur chimisme, A tel point que les variations de composition entre les diffkrents facies peuvent rksulter davantage de ces modifications que de processus magmatiques (Pinto-Coelho, 1996). L’ktude des terres dans les roches et dans des minkraux &par& fluorine, cassiterite) aura pour objectif de tenter fier des discuter tions
rares (TR) (micas, d’identi-
signatures magmatique et hydrothermale et de le comportement des TR au tours des transforma-
post-magmatiques.
2. Distribution
des terres rares
Les roches, les micas et la cassitkrite ont et6 analysks au CRPG A Vandceuvre-I&s-Nancy, par ICP-MS apt& fusion a LiOZ et dissolution par HN03. La fluorine a et@ analyske par activation neutronique au laboratoire Pierre-Sue A
2.1.
Distribution
dans
les roches
des TR (254 ppm, 182 ppm, 111 ppm et 30 ppm respectivement, tableau). Malgrk un fort &alement des valeurs 5 I’intbrieur de chaque type granitique, I’allure g&&ale des spectres normalises aux chondrites reste globalement identique (figure 2, a-6). Elle est caractkisee par un faible fractionnement des TR Ibg&es, par une anomalie negative en Eu omnipresente et par un fractionnement plus important des TR lourdes (tableau). Le granite A muscovite et topaze, tr&s pauvre en TR, a un profil similaire 5 celui des autres faci&s granitiques. La somme des TR dans les greisens et les filons mica& est comparable A celle des granites &olu& (tableau). La distribution des TR dans les greisens montre des formes de spectre (figure 2c) et des param&tres (tableau) semblables & ceux des granites, avec une dispersion des valeurs encore plus grande. Distribution
La somme 2 muscovite correspondante 666
dans les minCraux
&par&
des TR dans le mica blanc &pare est nettement supkrieure A celle (p. ex. 365 ppm et 177 ppm
i
i
I
I
i
I
-
Figure 2. Spectres des TR normalis& aux chondrites dans les roches et les micas du MCSB (domaines ombrks). Comparaison avec le massif de Pedra Branca dans la province stannifhre de Coiis, d’apres Marini et Botelho (1986). (a) Granites A biotite et i deux micas ; car& : granite i biotite de Pedra Branca. (b) Granite a muscovite et topaze ; triangle : granite A muscovite de Pedra Branca. (c) Creisen ; losange : greisen associe au granite de Pedra Branca. (d) Muscovite du granite A muscovite et topaze (domaine ombrt!) et biotite du granite A biotite du MGSB (triangle). (e) Muscovite de greisens et de veines mica&es. Chondrite-normalized REE patterns for SBGM rocks and separated micas (shaded areas). Comparison with the Pedra Branca Massive in the Goi& Tin Province, after Marini and Botelho (1986). (a) Biotitic and two micas granites; square: Pedra Branca biotite granite. (b) Muscovite-topaz granite; triangle: Pedra Branca muscovite granite. (c) Greisen; diamond: greisen associated to the Pedra Branca granite. (d) Muscovite (shaded area) from the muscovite-topaz and biotite (triangle) from the biotitic SBGM granites. (e) muscovite from greisen and micaceous veins.
TR. Sci Paris,
r-
La Ce Nd Sm Eu Gd Dy Et Yb Lu
ment dans sans doute
du granite de la roche respectiveC. R. Acad.
I
+j loo $jfz 10 ;;3 1 .4! E Q,l
La suite lithologique granite & biotite, granite A deux micas, granite .?i muscovite et granite A muscovite-topaze est marquke par une diminution progressive de la somme
2.2.
I
t: O,l’, %lOOO
Saclay. La precision des mesures est de 0,0025 ppm pour Eu et Lu, et de 0,025 ppm pour les autres TR. Les valeurs de normalisation sont celles de Evensen et al. (1978).
Sciences
I’kchantillon d’une dilution
La somme de
des
la terre
SBC-20), cette diffkrence par des minkraux t&s
TR est beaucoup et des
plan&es
/ Earth
plus
rkultant pauvres en
klevke
& Planetary
dans Sciences
1999.328.663470
la
Eu/Eu*
WW*
KWW*
1,73
(La/Sm)*
5,89 (5,001 13,74 (72,26) 0,ov (0,02)
(0,75)
254 (62,6)
TR (ppm)
Parametres
(0,53)
(4,66)
14,27
lo,32 22,71
0,04 (0,02)
(1,96)
8.21
Of1
(0,757
1,32
I,7
(0,03)
(0,78)
n.a
111 (33,s)
0,lO
0,87
1,64
(2,69)
n.a
9,63
n.a
8,93 (3,54)
(0,09)
182
0,13
1 ,oo
3,45 (2,38) 0,39 (0,27)
Yb
Lu
n.a
n.a
2,ll
5,73 (3,Ol)
Er
Tm
n.a
12,19
12,77
n.a
(3,33)
0,13
3,O
(2,91)
0,43
18,95 (4,501
15,73
Cd
(0,72/
4,3
(7,65)
20,69
12,94
6,28
5,89 0,03 0,16
7,09
7,78 (2,28) (0,747
0,ll
16,56
l/V
68 (8,787
572
0,47
4,35
(0,47)
(0,02)
31 (37,s)
(0,221
n.a
0,05
10,39
n.a 0,26
n.a
0,51 (0,43)
44,28
n.a
(2,57)
n.a
2,31
38,17
I,39
36,l
114,8
215,2
106,7
n.a
(5,121
6(n=l)
11,89(72,66) 5,62 (6,79) 2,39 (2,46) 0,07 (0,OS) 2,66 (2,581
5,12
5 (n = 8)
1,46
1)
30
0,03
0,43
n.a
0,69
n.a
3,9
n.a
3,34
0,03
10,v
(8,08) (70‘16)
18,53 318
4(n=
(0,70)
0,lV
(7,371 (0,071
0,05
(0,19)
(0,07)
13,61
8,22
1,35
255 (757)
(J,lS)
n.a
(2,421
n.a
(13,70)
1,98
4,27
23,42
(11,24) n.a
(0,08)
0,28
(7 1,24/
18,85
19,95
(30,OS)
(59,40)
(27,291
47,55
97,30
41 ,oo
7 (n = 2)
7,89
0,lO
4,33
4,28
0
(0,04)
(0,251
n.a
(0,44)
n.a
(0,05)
(6,23)
(2,83)
(0,39)
32 (40)
0,06
0,56
0,80
0,62
IO,79
n.a
(2,701
4,17 (2,42)
3,ll
1
23
0,02
0,21
n.a
0,37
n.a
2,26
n.a
2,07
0
(8,32)
(15,88)
22
IO,02
4,40 (7,Ol)
9 (n = 4)
2,97 (3,35) 0,07 (0,04)
-
6,68
(0,04)
(0,461
n.a
(0,49)
n.a
0,13
18,13
3,14
1,78
(0,777
(36,58)
(3,08)
(7,83)
17 (14‘6)
0,05
0,44
0,50
(7,51)
n.a
(28,24)
(0,41)
(20,79)
(77,92)
(25,44)
(10,46)
(7,77)
(0,OO)
(59)
3,22 (2,831 0,06 (0,04)
2,53 (7,77)
(0,32)
7,4 (7,O) 1,15
0,06 (0,03/
(9,57)
(0,08) 0,02 (0,Ol)
3,75 (6,43)
10,29
0,45 (0,59)
110
0,42 (0,53)
0,19
n.a
3,64 (4,57)
0,83 (0,80)
n.a
0,22 (0,741
7,77 (7,71) n.a
0,98 (0,68)
n.a
0,61 (0,47)
0,Ol
0,57 (0,631
1,02 (7,36)
2,86 (2,73)
1,Ol
12 (n = 4)
8: muscovite
analyse. ; 7 : muscovite
n.a
7,57 (7,06)
32,72
0,88 (0,69) I,69
0,45
0,02 (0,02)
11,85
17,23
20,48
(7,92)
(8,93)
(4,16)
analyzed. granite;
11 (n = 4)
n.a.: not muscovitic
0,74 (0,48)
1 ,vo
7,82
2,80
10 (n = 5)
from
aux chondrites. n.a. : non du granite a biotite 6 : biotite ; 12 : cassiterite.
*: chondrite-normalized. granite; 7: muscovite
5,55
1)
* : normalise Mineraux. ; 11 : fluorine
3,8
9,o
3,4
8(n=
from the SBGM. n: number of analyses. Arithmetic mean (standard deviation). granite; 4: muscovite-topaz granite; 5: greisen. Minerals. 6: biotite from biotitic vein; 10: muscovite from greisen; 11 : fluorite; 12: cassiterite.
tries du MGSB. n : nombre d’analyses. Moyenne arithmetique (ecarf-type). i muscovite ; 4 : granite i muscovite et topaze ; 5 : greisens et filons mica&s. et topaze ; 9 : muscovite des filons mica&s ; 10 : muscovite des greisens
41,71
3 (n = 9)
8,47
1)
12,5
Ho
0,46
Eu
(3,37)
DY
15,70
Sm
(29,SO)
(77,06)
n.a
48,03
Nd
39,7 72,0 35,6
n.a
102,38
Ce
(8,55)
2(n=
Tb
43,02
(ppm)
La
Teneurs
1 (n = 4)
REE mean concentrations in rocks and separated minerals Rocks. 1: biotite granite; 2: two micas granite; 3: muscovite from muscovite-topaz granite; 9: muscovite from micaceous
Tableau. Teneurs moyennes en TR des roches et de mineraux Roches. 1 : granite i biotite ; 2 : granite a 2 micas ; 3 : granite du granite a muscovite ; 8 : muscovite du granite h muscovite i “b.i ..”
C. Pinto-Coelho
et al
biotite (572 ppm) que dans la muscovite, et cela peut @tre rapprochk de la plus grande richesse en TR du granite A
100 f Q
1
biotite par rapport au granite ?I muscovite (tableau). Les spectres normalis& de la biotite et des micas blancs ont des profils trPs semblables, aux teneurs pres (figure 24. De faGon g&&ale, pour les diffhrents facigs granitiques, les profils des spectres normalis& des micas tri6s sont pratiquement superposables A ceux des roches d’origine, avec seulement des diffkrences de teneurs assez mod&?es, et
La
/ / / / I Ce Nd Sm Eu Cd
, Dy
I Er
I I Yb Lu
-
SBC-38
-
SBC-74
-
SB-IO
-
SB-26
---A---
kch.
1007
(figure 2).
comportement &g&ement diffkrent des TR lourdes Les micas des greisens et des filons mica& montrent des profils d’allure analogue, mais plus pertur-
Figure 4. Spectres des TR normalis& tkrite du MCSB (4 Cchantillons). kh. associC au Granite de Mole, Australie .”
b&, avec des teneurs en TR trils basses (souvent infkrieure A dix fois celles des chondrites) et parfois des anomalies negatives significatives en Nd et Er, en plus de I’anomalie
Chondrite-normalized REE patterns for SBGM separated cassiterite (4 samples). Sample 1007: cassiterite from a greisen associated to the Mole Granite, Australia (Plimer et al., 1991).
un
systematique en Eu (figure 2e). Ces similitudes entre tries et roches d’origine montrent que la distribution TR dans les granites et les greisens &udi& traduit preinte t&s p@pond&ante blement portees en pat-tie (monazite, zircon, xknotime,
des par
micas des I’em-
TR dans les micas, probades mineraux accessoires apatite) inclus dans les mi-
cas. Les TR ont egalement et6 analyskes dans des cristaux de fluorine tri&. Les variations de teneurs entre 6chantillons sont t@s grandes, surtout dans le domaine des TR lkg&es, dont les teneurs sont le plus souvent tr&s basses, alors que le fractionnement des TR lourdes est moins dispers6 (ta-
bleau
et figure 3). ressemblance
grande
de filons marquee, peu plus leg&es
Les spectres avec ceux
offrent une de greisens et
mica&s, avec une anomalie negative en Eu bien un fractionnement faible dans I’ensemble, un important dans les TR lourdes que dans les TR (tableau). Enfin, les TR ont Pt6 analyskes dans 4
(tableau et figure 4). Les teneurs mais I’allure des spectres normalide celle des spectres des greisens
concentr6s de cassiterite en TR sont tr&s basses, ~6s n’est pas diffbrente porteurs de la cassiterite.
1000
normalis& des micas
-
1
/
,
,
,
,
,
I
/
SB-94B
tions ont profond6ment de vue min&alogique
transform6 et chimique.
les granites des points Quel a 6t6 le compor-
tement des TR au tours de ces transformations, estimer dans quelle mesure ces elements ont par les fluides responsables de la greisenisation, des stades magmatiques ? La similitude des profils aux chondrites dans toutes dans les facies magmatiques dans les facies hydrothermaux
et peut-on et6 apport6s ou h&it&
des spectres de TR normalis& les roches du MGSB, aussi bien les moins transform& que (greisens en masses et filons
SB-94D
(tableau), ainsi que le parall6lisme des spectres normalis& (figure 2). Le principal appauvrissement en TR se produit
SBC-01
entre granite
,
La Ce Nd Sm Eu Cd Tb Ho Tm Yb Lu Figure 3. Spectres des TR normalis& aux chondrites dans la fluorine du MCSB. SB-94B et SBC-01 : fluorine violette dans un filon mica& ; SB-94C : fluorine vert clair dans une veine de quartz recoupant le granite B muscovite ; SB-94D : fluorine vert sombre dans un greisen apical ; J-81.29 : fluorine diss6minke dans le calcaire au Texas (Rubin et al., 1993). Chondrite-normalized REE patterns for SBCM separated fluorite. SB-94B and SBC-01 : violet fluorite in a micaceous vein; SB-94C: pale green fluorite in a quartz veinlet cutting the muscovite granite; SB-94D: dark green fluorite in an apical greisen; J-81.29: fluorite disseminated in limestone from Texas (Rubin et al., 1993).
668
Le MGSB se distingue des autres massifs de la PEG par I’intensitk et I’extension particuli&ement grandes des ph6nomitnes m&asomatiques-hydrothermaux post-magmatiques, et plus particuliPrement de la greisknisation, 2 laquelle est Iike la min&alisation stannifere. Ces alt&a-
fractionnement important, sauf peut-$tre pour Eu, comme le montrent les valeurs comparables des rapports (LaISm)*, (Gd/Yb)* et (La/Yb)* dans les granites et dans les greisens
J-91.29 I
et conclusions
mica&s), Gmoigne en faveur d’une signature magmatique, avec simple dilution par les fluides responsables de la greis6nisation. La dilution du stock initial de TR, croisSante avec le degr6 de greisknisation, s’est faite sans
SB-94C
O.I’,
3. Discussion
aux chondrites dans la cassi1007 : cassitCrite d’un greisen (Plimer et al., 1991).
C. R. Acad.
le granite A biotite A muscovite (La*
(La* = 480 B 144 = 150 A < 10 ppm),
ppm) et le et on note
egalement un fractionnement des TR I6g&res bien plus faible dans les granites A muscovite que dans les granites B biotite (tableau). II n’y a par contre pas de variation importante entre les granites A muscovite et le groupe des greisens et des filons mica&. On note surtout un creusement de I’anomalie n6gative en Eu, traduisant vraisemblablement la plus grande proportion relative des micas par rapport aux pr6f&entiellement
feldspaths et plagioclases, Eu. Si cette signature
qui avait
concentrent et6 impos6e
par le fluide greisbnisant, qui aurait alors fortement redistribu6 le stock de TR dans les roches magmatiques, on pourrait s’attendre & enregistrer une augmentation de I’abondance des TR corr6l6e A I’intensite croissante du ph&om&ne de greisknisation. Or, on constate, au Sci. Paris,
Sciences
de
la terre
et des
plan&es
/ Earth & Plonetafy
Sciences
1999.328.663-670
Terres rares et alt&ation contraire, covitisees
un appauvrissement et dans les greisens.
Dans
dans les roches tr&s musDe plus, si la distribution
done, diluant.
des TR montrait deux signatures differentes superposees, l’une magmatique et I’autre libe aux fluides greisenisants, on devrait lire cette double signature dans les roches partiellement transformhes, et non pas enregistrer un
utiliske
pour
identifier
le protolite
1978 ; Fourcade, vent cependant
magmatiques impliquant la quantit& de fluides greisknisants.
lesquels 1991).
diffbrentes suggilrent
la fluorine a cristallist5 tardifs de I’&olution et al., 1976 ; Grappin 1988).
La Ce Nd Sm Eu Gd Dy Er Yb Lu dans
aux tribes,
publications, que les fluides
les don&es greisknisants
du prbsent du MGSB
travail &aient
plut6t basiques, reducteurs et a basse fo, (Constantopoulos, 1988 ; Schandl et Gorton, 1991 ; Giere, 1996), et que
SB-94-B SBC-08-MB SBC-08-RT
Figure 5. Veine mica&e spectres de TR normal& muscovite (SK-O&MB) ,:: “n
circulation de grandes Ces fluides n’auraient
pas apporte de notables quantites de TR en provenance d’une source differente et plus ou moins lointaine, mais ils auraient h&it6 d’une partie du stock de TR present dans les roches granitiques a travers lesquelles ils ont percole et avec lesquelles ils tendaient 2 s’bquilibrer. Par refbrence ?I
100 Y ‘Z z 2 IO Y 2 +
1981 ; Charoy, 1986), mais elles peu&tre mobilisbes par certains fluides hydro-
aspects du comportement des TR, qui se seraient d’abord concentrees dans les roches granitiques lors de la diffbrenciation magmatique, puis auraient et@ partiellement lessiimportantes transformations post&es lors des
disseminke dans un calcaire au Texas, qui montre un profil de spectre mimbtique de celui d’une rhyolite voisine (Rubin et al., 1993), ou de cassiterites provenant de divers environnements, dbposees par des fluides portant I’emils sont issus ou ?I travers equilibres (Plimer et al.,
globalement massif graniti-
thermaux (Alderton et al., 1980 ; Fowler et Doig, 1983 ; Taylor et Fryer, 1983 ; Morteani et al., 1986 ; Leroy et Turpin, 1988 ; Whitford et al., 1988 ; Ward et al., 1992). L’exemple du MGSB semble coherent avec ces deux
des spectres de TR indiquerait une parent6 entre le minkral et une roche-source, par exemple dans le cas de la fluorine
des terrains dont circulb et se sont
se comporte
De faGon g&&ale, les TR sont consid&ees comme des &5ments hygromagmaphiles et plut8t immobiles, port& essentiellement par des min&aux accessoires (Hanson,
tries est du
mica et de la roche globale dans un filon mica& (figure 5). La comparaison avec des don&es de la Iitterature montre que les spectres de ces min&aux peuvent presenter des profils trtis diffkrents (figures 3 et 4). La forme mimbtique
preinte ils ont
hydrothermale
?I une conclusion tr&s similaire & propos de la greisenisation (greisens a quartz, topaze et muscovite) du leucogranite d’East Kemptville (Nova Scotia).
original.
La similitude des spectres de TR des mineraux (micas, fluorine, cassitkrite) et des roches du MGSB bien illustree par I’identitk des spectres de la fluorine,
I’alt&ation
pour les TR, comme un processus C’est bgalement le cas d’un autre
que de la province stannifgre de Goi&, celui de Pedra Branca (sous-province de ParanH), oti les teneurs en TR diminuent depuis le granite le moins &oluk jusqu’au greisen (Marini et Botelho, 1986 ; Botelho, 1992 ; Marini et al., 1992 ; Teixeira, 1998). Halter et al. (I 996) ont abouti
m&me type de profil de spectre de TR dans toutes les roches. Ces r&.ultats montrent clairement que la distribution des TR n’a pas et6 profondkment modifiee par la circulation des fluides, et que la forme de leur spectre peut &tre
le MGSB,
hydrothermale
le MGSB : comparaison entre les chondrites de fluorine (SB-94B) et de et de la roche totale (SBC-08-RT).
Enfin,
en milieu (Marchand et al.,
fermk pendant les stades et al., 1976 ; MGller 1979 ; Constantopoulos,
la forme
des spectres de TR des granites du MSB massifs de la PEG (Marini et Botelho, 1986 ; Marini et al., 1992 ; Botelho, 1992) prksente des similitudes avec celle de granites alcalins de x type A )), par exemple les granites stannifgres fortement diff&enci&
(figure 2) et d’autres
Micaceous vein in the SBCM: comparison between the chondritenormalized REE patterns for separated fluorite (SB-94B) and muscovite (SBC-08-M@, and for the whole rock (SBC-08-RT).
d’Alaska
(Newberry
et al.,
1990).
Remerciements. Nous remercions le Conselho National de Desenvolvimento Cientifico e Tecnolbgico (CNPq) du gouvernement bresilien pour I’aide financibre apportee 6 I’exkcution de ce travail, dans le cadre de la these de doctorat du premier auteur (CPC), L. Raimbault, du laboratoire Pierre-SiJe, pour les analyses de fluorine, L. Marin et le personnel du SARM/CRPG pour les autres analyses, ainsi que P. Rossi. pour sa lecture critique et constructive du manuscrit.
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