DEA Yohann Offant - Sahambano.pdf

  • Published on
    28-Nov-2015

  • View
    172

  • Download
    5

Transcript

  • UNIVERSIT PAUL CEZANNE - UNIVERSIT DE PROVENCE .

    COLE DOCTORALE SCIENCES DE L'ENVIRONNEMENT d'AIX-MARSEILLE

    Spcialit : Gosystmes

    Parcours : GOSCIENCES DE L'ENVIRONNEMENT

    CARACTERISATION PETROGRAPHIQUE ET

    MINERALOGIQUE DU GISEMENT A SAPHIR DE

    SAHAMBANO (MADAGASCAR)

    Par

    OFFANT Yohann

    Soutenu le 23 juin 2005

    Accept avec mention Assez Bien

    Responsable de Stage : GIULIANI Gaston (IRD et CRPG/CNRS) Anne : 2004 2005. OHNENSTETTER Daniel (CRPG/CNRS)

    MARSHALL Dan (Simon Fraser University, Canada)

  • 1

    Rsum

    Le gisement corindon de Sahambano est unique Madagascar. Il est situ au sud de lle, dans la zone de cisaillement de Ranotsara. Lorigine des corindons de Sahambano est due a une circulation de fluide mtasomatique dans des gneiss dge panafricain (550 Ma). Ils sont gnralement accompagns de grenat, spinelle, feldspath potassique et surtout de biotite, qui

    constitue parfois de vritables roches monominrales appeles biotitites, au sein des gneiss

    feldspathiques. La prsence dun minral rare la musgravite a t identifie dans des cipolins. Le gothermomtre grenat-biotite et la stabilit de la sillimanite, dfinissent un domaine de

    cristallisation des corindons denviron 700C et 4-5 kbar. Les saphirs de la mine prsentent une grande diversit de couleurs. Cette gamme de couleur

    est due une variation importante de la concentration en chrome avec fer constant, lors de la

    circulation des fluides. Ce chrome provient en majeur partie du fluide lui-mme, contrairement

    dautres lments chimiques comme le fer ou laluminium qui proviennent vraisemblablement de lencaissant gneissique. Les saphirs rose-orangs de Sahambano prsentent en grande partie, les caractristiques des padparadschas Sri Lankais. La rglementation au sujet de cette appellation est

    assez drastique car leur raret et donc leur prix, dpassent largement ceux des saphirs du

    Cachemire ou des rubis de Mogok. Notre tude propose un nouveau critre chimique pour la

    classification de ces saphirs rose-orangs.

    Mots-cls : Madagascar, saphir color, gneiss, biotitite, mtasomatose-K, padparadscha

    Abstract

    The Sahambano corundum mine is unique to Madagascar. It is located at the south end of

    the island, in the shear zone of Ranotsara. The origin of the corundum is related to metasomatic

    fluids circulating within the Proterozoic Panafrican gneiss. The composition of the gneiss varies

    locally but in general is comprised of garnet, spinel, potassic feldspar and biotite. It also contains

    monomineralic layers such as biotitites and calcitic marbles where the musgravite, a rare Be-Al-

    Mg oxide, has been identified. Garnet-biotite geothermometry and the stability of sillimanite are

    consistent with corundum precipitation at approximatey 700C and 4 to 5 kbars.

    The sapphires at Sahambano display a large variation in colour. The colour is due mostly to

    variations in Chromium with constant Iron, during the metasomatic fluids circulating. The

    chromium is interpreted to be sourced from the metasomatic fluid while the Alumimum and Iron

    appear to be sourced from the gneissic host rocks. The pinkish-orange sapphires from Sahambano

    display characteristics similar to the padparadschas of Sri Lanka. The rarity of the pinkish-orange sapphire makes them prized throughout the world and hence they relatively highly priced,

    with their values sometimes surpassing that of the Kashmiri sapphires and the Mogok rubies. Our

    study proposes new chemical criteria for this pink-oranges sapphire.

    Keys words: Madagascar, colored sapphire, gneiss, biotitite, K-metasomatism, padparadscha

  • 2

    I- INTRODUCTION

    Le corindon est un oxyde dalumine de formule chimique Al2O3 (Annexe A). A Madagascar, les gisements de corindon ont t dcouverts et dcrits par Lacroix au dbut du

    XXme (Annexe A). Depuis quelques annes, de nouveaux gisements sont exploits comme ceux

    dIlakaka ou dAndranondambo dans le sud de lIle (Annexe A). Le gisement de Sahambano compte aussi parmi les gisements rcemment dcouverts. Il est situ dans la province de

    Fianarantsoa (Sud de Madagascar), environ 20 km au Sud Est de la ville dIhosy (figure 1). Les premiers indices corindon ont t dcouverts en 1988 et le gisement est aujourdhui exploit par la socit Mines Tany Hafa . Lexploitation principale (numrot 1 sur la figure 1), se trouve environ 5 km au Nord-Est du petit village de Sahambano, mais dautres zones minralises sont rpertories notamment dans les secteurs 2 et 3 de la figure 1. Le relief est marqu par de grandes

    structures tectoniques orientes NNW/SSE (figure 1). Ces structures tmoignent dune forte activit tectonique en relation avec lorogense Panafricaine et son mtamorphisme rgional associ (Pili, 1997). La petite chane du Manivala fait partie de la bordure Est de la grande faille de

    Ranotsara qui traverse tout le Sud Est de Madagascar (figure 1). Cette faille est en fait une grande

    zone de cisaillement de 25 km de large sur plus de 300 km de long. Le gisement corindon de

    Sahambano est situ lintrieur de cette zone de cisaillement.

    Ce gisement possde un intrt gologique particulier. En effet, les corindons se situent

    dans des gneiss feldspathiques biotitiss, en dfinissant des zones lenticulaires orientes suivant la

    foliation rgionale, parallle la direction de cisaillement NNW/SSE. Ce type de lithologie

    corindon est dj connu en Inde (Santosh et Collins, 2003), mais il na encore jamais t dcrit Madagascar. Afin de comprendre les mcanismes responsables de la gense de ces corindons, nous

    avons ralis une tude ptrographique et gochimique sur les paragenses minralises, et sur

    celles striles. Pour cela des observations sous le microscope optique puis au microscope

    lectronique balayage (MEB) ont t ralises sur les diffrents facis du gisement. Les secteurs

    chantillonns sont reports sur la figure 1. Ltude des paragenses et des textures ractionnelles nous a permis dans un deuxime temps, dtablir un diagramme pression temprature et daborder ainsi, les conditions de formation de ces corindons.

    La grande diversit de couleur des corindons est une autre caractristique du gisement de

    Sahambano. Toutes les couleurs y sont reprsentes sur une zone de minralisation restreinte et de

    faible paisseur (quelques dcimtres au maximum) ; alors que la plupart des gisements malgaches

    ne prsentent quun seul type de couleur, mme sur de grandes surfaces dexploitation (Annexe A). Parmi les couleurs trouves Sahambano (comme le bleu, le violet, le rose, le rouge ou le

    vert), se trouve le rose-orang. Les saphirs de cette couleur prsentent un intrt conomique

    surpassant ceux du saphir et du rubis. Elle caractrise les padparadschas dcrit pour la

    premire fois au Sri Lanka (Notari, 1997), saphirs trs rares et donc prcieux. Afin de

    comprendre le mcanisme responsable des diffrentes colorations des corindons sur le gisement,

    mais aussi de savoir si ces saphirs rose-orangs peuvent porter le nom de padparadscha, des tudes

    minralogiques et gochimiques des diffrents corindons colors ont t ralises au MEB et la

    microsonde lectronique.

    Ce travail de caractrisation minralogique et ptrographique, sajoute ainsi aux autres tudes ralises sur les diffrents types de gisement corindon existant Madagascar (Annexe A).

    Leurs principales caractristiques sont prsentes sous la forme dune synthse bibliographique. Cet important travail bibliographique est joint en annexe A. Lannexe B comporte la majeure partie des rsultats rassembls sous la forme de tableaux et de figures illustrant le texte, mais qui ne sont

    pas essentiels sa comprhension.

  • 3

    Figure 1 : Carte topographique de Sahambano (1/200.000me

    ). Les numros sont les

    secteurs de prlvement dchantillons. On peut observer la chane du Manivala qui constitue la bordure Est de la faille de Ranotsara et les grandes structures de

    dformation associes, orientes NNW/SSE.

    N

  • 4

    II- MATERIEL ET METHODES

    II-1 Le microscope optique

    Les lames minces polies des diffrents types de roches ont t observes sous un

    microscope Olympus BH2-HLSH. Les photos numriques des minraux et textures ont t

    ralises avec un appareil photographique Olympus Camedia C3030-ADL. Les minraux des

    diffrentes lames minces ont t observs aux grossissements x5, x10, x25 et x50.

    II-2 Le Microscope Electronique Balayage (MEB)

    Les observations ont t effectues sur un MEB Hitachi S2500 de lUniversit dHenri Poincar de Nancy I, sur une distance de travail comprise entre 10 et 20 mm et sous une tension de

    15 20 Kv. Les dtecteurs de photons X et dlectrons rtrodiffuss sont de type EDS (Energy Dispersive Spectrometer). Le dtecteur dlectrons secondaires est un dtecteur dEverhart-Thornley. Les chantillons tudis sont des lames minces polies dj observes sous le microscope

    optique (identification des minraux et textures), et des sections polies de corindons (tude des

    inclusions minrales solides, tat de fracturation, homognit). Avant chaque analyse, les chantillons sont mtalliss au carbone en surface afin dobtenir une bonne conduction et avoir un bon coulement des charges. Lchantillon est ensuite balay par la sonde lectronique et plusieurs phnomnes vont se produire : diffraction dlectrons, mission dlectrons secondaires et dlectrons Augier, mission de photons X Chacun de ces effets peut donner lieu la formation dune image. Le microscope peut galement travailler en sonde fixe permettant une microanalyse semi-quantitative. Ce type dappareil est donc utilis pour identifier visuellement ou chimiquement des minraux de trs petite taille comme des inclusions ou en ractions texturales.

    II-3 La microsonde lectronique

    Les analyses ont t effectues sur une microsonde lectronique CAMECA camebax SX 50

    et SX100 luniversit Henri Poincar de Nancy I. Les chantillons analyss sont des lames minces de roches de diffrentes natures et des sections polies de corindons de diffrentes couleurs.

    Avant chaque analyse, les chantillons sont mtalliss au carbone. Ensuite un faisceau incident trs

    fin dlectrons entre en contact avec lchantillon. Les lectrons de la matire sont alors excits et mettent un rayonnement X primaire. Ce rayonnement est ensuite analys par des spectromtres

    qui explorent chacun, une gamme de longueurs dondes prcises. Il est possible de faire une analyse quantitative dun lment donn si le spectromtre est fix sur la longueur donde caractristique correspondante. Il compte le nombre dimpulsion du dtecteur pendant un temps donn. Aprs corrections, la fraction de masse de llment est connue. Enfin, lintensit du rayonnement mesure au dtecteur donne par lchantillon, est compare celle produite dans les mmes conditions par des standards contenant les lments dsirs une concentration connue. La

    quantification finale des lments (atomes, % poids) est ralise par le programme PAP de

    Pouchou et Pichoir (1991) qui permet la correction des analyses. Le seuil de sensibilit dpend du

    numro atomique des lments mesurs, du temps de comptage (s), de la tension (Kv) et du

    courant (nA) utiliss. Le tableau 1 rsume les seuils de dtection obtenus pour chaque lment

    analys concernant la composition chimique des corindons.

  • 5

    Elment chimique Al Ga V Ti Cr Mg Fe

    Seuil de dtection (ppm) 390 54 45 20 24 40 35

    Tension (Kv) 15 25 25 25 25 25 25

    Courant (nA) 10 150 150 150 150 150 150

    Temps de comptage (s) 20 120 120 120 120 120 120

    Tableau 1 : Seuil de dtection des lments pour les corindons la microsonde lectronique.

    Les analyses chimiques vont nous permettre de savoir avec prcision, la composition

    chimique des diffrents minraux de la paragense accompagnant les corindons. Dans le cas des

    corindons, elle nous permettra de voir sil existe une relation entre la couleur des cristaux et les lments chimiques en substitution de laluminium.

    II-4 La spectroscopie Raman

    Lappareillage est constitu dun laser Argon ionis de type Labram Jobin-Yvon quip dun spectromtre de type XY confocal associ un microscope par transmission, de plusieurs systmes dispersifs commutables et dun dtecteur multicanal de type CCD (Charge Coupled Device). La longueur donde du laser utilise est de 514,5 nm et il dlivre un courant de 10 20 mw sur la surface de lchantillon. Le laser traverse lchantillon et une partie de la lumire est diffuse par les cristaux avec un changement de longueur donde. Les diffrentes composantes de cette lumire diffuse sont ensuite analyses par des dtecteurs mono ou multicanal. Les raies

    obtenues sont caractristiques des modes de vibration des liaisons (intra et intermolculaires)

    existant entre les atomes constituant le minral ou le fluide analys. Le spectre obtenu, compos

    dun ensemble de raies appeles raies Raman (cm-1), est donc caractristique dune espce minrale (ou dun compos molculaire), ce qui permet de lidentifier.

    II-5 La spectroscopie infrarouge

    Cette technique de caractrisation a t effectue sur un spectromtre Leitz-Unicam SP800

    UV-VIS et un spectrophotomtre Perkin-Elmer lambda 19. A lintrieur dune structure cristalline, chaque liaison peut tre assimile un oscillateur harmonique qui vibre une frquence dfinie. Si

    une radiation infrarouge de nombre donde donne rencontre un chantillon contenant une liaison de frquence de vibration correspondante, lnergie est absorbe : cela donne une raie dabsorption dans le spectre des infrarouges. Ainsi, la spectroscopie infrarouge va nous renseigner sur les divers

    cations contenus dans la structure cristalline de lchantillon analys. Cette technique a t applique sur les corindons colors.

    II-6 Les analyses gochimiques de roches

    Les analyses sur roches totales ont t ralises au service (SARM) du CRPG/CNRS. Les

    lments majeurs sont analyss par spectromtrie dmission plasma et couplage inductif avec une ICP-AES Jobin-Yvon JY70 type II. Les lments en traces sont analyss par spectromtrie de

    masse plasma et couplage inductif avec une ICP-MS Perkin Elmer ELAN 5000.

  • 6

    III RESULTATS

    III-1 : Etude ptrographique

    III-1-1 : Etude macroscopique

    Le gisement de Sahambano est situ dans des roches mtamorphiques formes de gneiss

    feldspathique et de leptynite. Les corindons se rencontrent dans des zones lenticulaires au sein des

    gneiss feldspathiques. Ils sont gnralement concentrs dans des lits centimtriques

    dcimtriques de biotitites (roche dont la matrice est uniquement compose de biotite). Ces

    biotitites, parallles la foliation des gneiss, se dveloppent suivant des plans de fractures. Par

    ailleurs, des veines biotite et grenat recoupant la foliation des gneiss, se rencontrent aussi sur le

    gisement et contiennent parfois de rares corindons. Ltude ptrographique des roches de Sahambano a t ralise sur 9 chantillons du secteur minier (tableau 2). Ces chantillons ne

    contiennent pas tous du corindon. Le tableau 2 rsume les principales caractristiques

    macroscopiques (visible lil nu) des chantillons.

    Numro des

    chantillons

    Numro du

    secteur

    prlev

    Caractristiques macroscopiques

    MOII

    1

    Gneiss feldspathique grenat et corindon : roche prsentant une alternance de

    lit...

Recommended

View more >