Thème III - Gisements du Complexe du Bushveld, Afrique du Sud

Responsable : N. Arndt


Le but est d'étudier le complexe du Bushveld et ses immenses gisements d'éléments du groupe du platine, de chrome et de métaux de base, en employant une variété de techniques modernes disponibles en Europe mais encore peu développées en Afrique du Sud. La plupart des projets concernent la suite de Rustenburg constituée de cumulats rubanés mafiques à ultramafiques. Des techniques géochimiques, structurales et géophysiques seront employées pour tenter de résoudre comment ce complexe, énorme et énigmatique, s'est mis en place et a évolué. Cette information est essentielle pour comprendre comment se sont formés les gisements. La partie felsitique au sommet du complexe, qui renferme des gisements de métaux de base, fera l'objet d'études structurales et paléomagnétiques.

Chaque projet implique des coopérations entre les chercheurs des Sciences de la Terre de France et d'Afrique du Sud. La majorité d'entre eux reçoit une aide logistique ou financière très conséquente de la part des compagnies minières sud-africaines.

(1) Etudes Géochimiques de la Suite Rubanée de Rustenburg

(a) Evolution cryptique de la composition des minéraux et répartition des éléments traces dans le Merensky Reef

Des analyses ont été effectuées au CRPG de Nancy pour déterminer la composition in situ des minéraux en utilisant les microsondes électronique et ionique et la composition globale des minéraux séparés, obtenue au moyen de l'ICPMS. Les résultats préliminaires indiquent que l'enrichissement marqué en éléments incompatibles et en EGP des pyroxénites du Merensky Reef est lié à la présence de minéraux accessoires (apatite, oxydes de titane riches en TR, sulfures) inclus dans ou en interstices entre les orthopyroxènes et les plagioclases. Il y a deux propositions alternatives pour expliquer cet enrichissement: soit il est dû à une composition très particulière du magma ou du fluide qui a introduit ces éléments (au stade magmatique ou post-magmatique), soit il résulte de mécanismes particuliers qui ont conduit à l'accumulation des minéraux hôtes. L'origine de la minéralisation en EGP est directement reliée à cette question.

Participants: N.T. Arndt (LGCA Grenoble); E. Deloule, M. et D. Ohnenstetter (CRPG, Nancy); A. Wilson (Univ. Natal); C. Lee (Amplats)

(b) Etude isotopique du couple Re-Os dans le Platreef de la branche nord du Bushveld "Northern Limb"

J. Chaumba de l'université du Cap a mesuré les compositions isotopiques de l'Os dans le laboratoire de L. Reisberg au CRPG de Nancy afin de déterminer l'importance respective de l'assimilation crustale, de la mise en place des magmas et des autres processus reliés à la formation des gisements et à l'évolution magmatique globale du complexe du Bushveld, et ceci dans le secteur du Platreef. Ce travail a été réalisé de juin à août 1997 et la thèse reportant les résultats est en train d'être examinée.

Participants: L. Reisberg (CRPG, Nancy); J. Chaumba (PhD student), M. Tredoux (Univ. Cape Town)

c) Les isotopes du Nd le long d'une coupe subverticale de 5 km de puissance dans le complexe

W. Maier a passé six semaines en août et septembre 1998 au laboratoire des Géosciences de Rennes pour mesurer la composition des isotopes du Nd à partir d'échantillons bien étudiés provenant des Zones Inférieure, Critique et Supérieure du Complexe. Les résultats préliminaires montrent que la Zone Inférieure a un rapport initial 143Nd/144Nd élévé mais un rapport Sm/Nd faible, alors que la Zone Critique et la Zone Principale ont un rapport 143Nd/144]Nd faible et un rapport Sm/Nd élevé. Ce découplage des éléments traces et des rapports isotopiques constitue une nouvelle preuve quant à l'existence de magmas aux compositions particulières ou de processus d'accumulation particuliers pendant la formation du Complexe.

Participants: W. Maier (Univ. Pretoria); N. Arndt (Univ. Grenoble)

(2) Etudes Structurales

(a) Etude structurale des granites du Bushveld: incidence sur la dynamique de mise en place des magmas.

La déformation liée à la mise en place et la cristallisation des roches felsiques de la partie supérieure du Complexe a été étudiée au moyen de la cartographie structurale, principalement par ASM (anisotropie de susceptibilité magnétique), et des microstructures. Cette approche est destinée à débrouiller la dynamique de mise en place des magmas et pour obtenir une meilleure compréhension de l'hydrothermalisme associé à l'altération des roches felsiques et à la formation des gisements. Une carte préliminaire couvrant environ 2000 km2 dans la partie orientale du Complexe, et basée sur environ 200 stations de prélèvement, révèle des structures particulières interprétables en termes de colonnes magmatiques qui pourraient être liées aux stades ultimes de compaction de la pile magmatique. L'étude pétrostructurale, puis éventuellement géochimique, de ces structures est maintenant au programme.

Participants: J.L. Bouchez, J.B. Auréjac et A. Nédélec (Univ. Toulouse); E. Ferré (Univ. Rhodes).

b) Etude volcanologique des felsites du Rooiberg

Les felsites du Rooiberg coiffent le complexe du Bushveld. F. Chalot-Prat, en coopération avec I. Skilling, ont commencé à cartographier les felsites pour mieux comprendre les processus de volcanologie physique et à réaliser un programme pétrologique établi pour déterminer les phénomènes d'altération associés.

Participants: F. Chalot-Prat (CRPG, Nancy); I. Skilling (Univ. Rhodes)

c) Etude structurale des roches ultramafiques et mafiques de la Suite de Rustenberg

La cartographie de terrain et l'analyse d'images sur échantillons orientés ont été employées pour établir le mode d'aquisition des fabriques magmatiques à partir de l'études combinées de CSD et OPF et leur cristallisation la direction de flux des magmas pendant leur emplacement dans la chambre magmatique, et ensuite durant le refroidissement de la chambre et la crystallisation des roches. La cartographie et l'échantillonnage ont commencé dans la mine de Northam; les futures études de terrain sont prévues dans la branche est du Bushveld "Eastern Limb".

Participants: P. Launeau, J. Girardeau, B. Rondeau (MSc student) (University of Nantes).

(3) Propriétés sismiques et structure du Complexe

Le but est d'appliquer les techniques de la diagraphie et de l'analyse séquentielle aux séquences de cumulats dans le but de déterminer la distribution et la géométrie (architecture) des faciès de l'intrusion du Bushveld. Cette étude constitue une partie d'un plus vaste projet visant à examiner des intrusions de taille différente afin de proposer un modèle d'architecture des faciès qui soit applicable à toutes les intrusions et de comprendre le rôle de la taille des chambres magmatiques sur les mécanismes de dépôt des cumulats. Ces résultats seront appliqués au problème de la pétrogenèse et de la formation des gisements d'EGP. F. Sargeant a passé une année pour retraiter et interpréter les profils sismiques et autres données géophysiques dans le secteur de la mine de Northam.

Participants: M. Cheadle, F. Sargeant (PhD student) (University of Liverpool); N. Arndt (Univ. Grenoble).


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