Contribution de la pétrologie expérimentale sur les processus de formation de roches et de minéralisation de granites du Jurassique en Chine du Sud

Contribution of experimental petrology on the rock-forming and mineralization processes of Jurassic granites in South China

• Auteur / Autrice : Fangfang Huang
• Direction : Bruno Scaillet, Yan Chen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l’Univers
• Date : Soutenance le 29/10/2018
• Etablissement(s) : Orléans en cotutelle avec Nanjing University (Chine)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la terre d'Orléans (2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Zhenmin Jin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Scaillet, Yan Chen, Zhenmin Jin, Mei-Fu Zhou, Xiaolin Xiong, Ru-Cheng Wang
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mei-Fu Zhou, Xiaolin Xiong

Mots clés

Mots clés contrôlés

Roches plutoniques

Cristallisation

Granite

Mots clés libres

Chine du Sud

Granite Jurassique

Conditions de mise en place

Équilibre de phase

Amphibole

Oxybaromètre

South China

Jurassic granite

Emplacement conditions

Phase equilibrium

Amphibole

Oxybarometer

Résumé

En tant que laboratoire naturel, les énormes quantités de granites mésozoïques du sud de la Chine fournissent une occasion unique de comprendre la formation et l'évolution de la croûte mésozoïque et de guider les efforts d'exploration minière dans cette région. Quelles sont les conditions de mise en place de ces granites mésozoïques en Chine du Sud ? Quelle est la relation entre les conditions de mise en place et la minéralisation associée à ces granites mésozoïques?Nous avons établi expérimentalement les relations de phase du granite Jurassique de Qitianling en Chine du Sud. Trois échantillons représentatifs de granites métalumineux contenant des amphiboles ont été choisis pour définir les conditions de cristallisation de ce pluton. Des expériences de cristallisation ont été réalisées à 100-700 MPa, mais principalement à 200 MPa ou 300 MPa, à une fO₂ de ~ NNO-1,3 (1,3 log sous le tampon Ni-NiO) ou ~ NNO + 2,4, à 660 ° C à 900 ° C, et à des teneurs variables en eau (~ 3-8% en poids). Le champ de stabilité des amphiboles et les données de barométrie montrent tous deux que la pression de mise en place du magma se situait autour de 300-350 MPa. Les rapports Fe / Mg amphiboles et biotites suggèrent en outre que la fO₂ magmatique se situait autour de NNO-1 ± 0,5 près du solidus, alors que les oxydes de Fe-Ti enregistrent une augmentation de fO₂ jusqu’à NNO + 1 en conditions sub-solidus. La cristallisation de l'amphibole est limitée aux conditions proches de la saturation en H₂O, nécessitant au moins 5,5% en poids de H₂O dissout à 200 MPa, ou 6 à 8% en poids à> 300 MPa. La présence d'amphibole dans des magmas siliceux métalumineux riches en K₂O indique donc des teneurs en eau significativement supérieures à la valeur canonique de 4% en poids. Les compositions de liquides expérimentaux obtenus à 200-300 MPa reproduisent la tendance géochimique définie par le pluton, ce qui suggère qu'une différenciation dans le réservoir de la croûte supérieure a pu se produire. L'ensemble de ces résultats indique que la fugacité relativement faible en oxygène, la température élevée du magma lors de sa mise en place et sa richesse en eau constituent un environnement favorable à la concentration d'éléments minéralisés au stade magmatique précoce.

As a natural laboratory, the huge amounts of Mesozoic granite distributing in South China provided a unique opportunity to unravel the Mesozoic crust formation and evolution in southern China as well as for guiding mining exploration efforts in this area. What are the emplacement conditions of those Mesozoic granite in South China? What are the relationship between the emplacement conditions and the mineralization among those Mesozoic granites?We have experimentally established the phase relationships for the tin-bearing Jurassic Qitianling granite in South China. Three representative amphibole-bearing, metaluminous granitic samples were chosen for constraining crystallization conditions of the Qitianling pluton. Crystallization experiments were performed at 100-700 MPa, albeit mainly at 200 MPa or 300 MPa, at an fO₂ of ~NNO-1.3 (1.3 log unit below the Ni-NiO buffer) or ~NNO+2.4, at 660°C to 900°C, and at variable melt water contents (~3-8 wt%). Amphibole stability field and barometry both show that the pressure of magma emplacement was around 300-350 MPa. Amphibole and biotite Fe/Mg ratios further suggest that magmatic fO₂ was around NNO-1±0.5 near solidus, while Fe-Ti oxides record an fO2 increase up to NNO+1 below solidus. Amphibole crystallization is restricted to near H₂O-saturation conditions, requiring at least 5.5 wt% H₂Omelt at 200 MPa, or 6-8 wt % at ≥ 300 MPa. Amphibole occurrence in K₂O-rich metaluminous silicic magmas thus indicates water contents significantly higher than the canonical value of 4 wt%. The experimental liquid line of descent obtained at 200-300 MPa mimic the geochemical trend expressed by the pluton suggesting that fractionation in the upper crustal reservoir could happen. We deduced that the relatively low oxygen fugacity, high liquidus temperature and melt water rich condition may be an enabling environment for concentrating the ore elements in the early magmatic stage