Étude minéralogique des granites de métaux rares en Chine méridionale : étude de cas du granit de Songshugang et de Huangshan, province de Jiangxi

Mineralogy study of rare-metal granites in South China : case study of Huangshan and Songshugang granite, Jiangxi Province

• Auteur / Autrice : Ze-Ying Zhu
• Direction : Marc Lespinasse, Julien Mercadier, Rucheng Wang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 05/09/2018
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Nanjing University (Chine)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GéoRessources (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Robert L. Linnen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marieke Van Lichtervelde, Lei Xie, Jinhui Yang
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Robert L. Linnen, Xiao-Long Huang

Mots clés

Mots clés contrôlés

Datation

Columbo-tantalite

Tantale -- Minerais

Niobium -- Minerais

Mica

Jiangxi (Chine ; province)

Chine (sud)

Granite

Mots clés libres

Minéralisation Nb-Ta

Granite à Nb de Huangshan

Granite à Ta de Songshugang

Mica

Datation de columbite-tantalite

Chine du Sud

Nb-Ta mineralization

Huangshan Nb granite

Songshugang Ta granite

Mica

Columbite-tantalite dating

South China

Résumé

Les métaux rares, comme le niobium (Nb), le tantale (Ta), le tungstène (W) et l'étain (Sn), sont définis comme des «ressources stratégiques» ou des «matériaux critiques». Dans cette étude, nous prenons les gisements de Nb de Huangshan et de Ta de Songshugang dans le complexe de Lingshan, province de Jiangxi, en Chine du Sud, comme exemples. Les roches de ce gisement sont classées en deux catégories en fonction de la présence de micas riches en Nb et de la quantité de columbite-tantalites: granites à grain moyen avec des micas riches en Nb et sans columbite-tantalites, et granites à grain fin et pegmatites riches en columbite-tantalites. Ces columbite-tantalites sont riches en Nb et pauvres en Mn, les classant comme columbite. Ces columbites ont des zonations complexes liées à des processus répétitifs. Notre travail indique plutôt que la formation de tels minéraux est liée à des processus de mélanges multiples avec au moins deux types de magmas. Les granites à grain moyen dans la suite Huangshan sont différents des autres granites du complexe de Lingshan par la composition de leurs micas: Li-annite (granite MA) et ''protolithionite'' (granite MP). Ils sont caractérisés par des teneurs Nb élevées (moyenne de 144 ppm en MP et 158 ppm en MA) et des rapports Nb/Ta très élevés (moyenne 15,3 en MP et 31,2 en MA). Le niobium est principalement hébergé dans les micas, avec une teneur moyenne en Nb de 1347 ppm dans les Li annites, et 884 ppm dans le «protolithionite», concentrations encore jamais mesurées dans les micas d’origine magmatique. Avec un contenu estimé à ~80 kt Nb, les granites de Huangshan représentent un nouveau style potentiel de ressource de Nb. Le granite à albite de Songshugang est localisé dans l'ouest du complexe de Lingshan et est enrichi en Ta. Le granite de Songshugang n’affleure pas et est se trouve sous des couches de granites à feldspath K-topaze, de greisens et de pegmatite. Tous les granites et pegmatites sont fortement peralumineux. Les minéraux de columbite-tantalites, de zircons et de cassitérites sont constants pour chaque type de roches et présentent les mêmes textures bi-phasées. Les caractéristiques pétrographiques indiquent que le stade précoce de columbite et de zircon ont été formés dans un environnement strictement magmatique. Le stade postérieur de ces minéraux a été influencé par des circulations fluides à la transition magmatique-hydrothermale. Les micas montrent également une texture en deux étapes, avec une grande quantité de d’inclusions de columbite-tantalites. L'enrichissement en Rb dans les bordures (Znw-II) est le résultat d’un fractionnement magmatique, comme démontré par la diminution de la teneur en Nb (16,3-108 ppm comparé avec 109-313 ppm pour le coeur). Cependant, les teneurs faibles et invariables du Ta, W et Sn démontrent que le magma résiduel n'a eu aucune influence sur les processus post-magmatiques postérieurs, contrairement aux minéraux de columbite-tantalites. Enfin, les datations U-Pb in-situ sur zircons et columbite-tantalites démontrent que les granites de Huangshan et de Songshugang se sont mis en place vers 130 Ma durant l’épisode tardi-Yanshanien (Crétacé), au même moment que l’ensemble des roches magmatiques formant le complexe de Lingshan. Ce résultat indique que cette période géologique est d’intérêt pour la formation de ressources en Nb-Ta, définissant une nouvelle période géologique prospective pour ces ressources

Rare metals, including niobium (Nb), tantalum (Ta), tungsten (W) and tin (Sn), are defined as “strategic resources” or “critical materials”. For this work, we studied the Huangshan Nb deposit and Songshugang Ta deposit, in the Lingshan complex, Jiangxi Province, South China, as examples. The rocks from Huangshan granite are classified in two categories based on the occurrence of Nb-rich mica and the amount of columbite-tantalites minerals: medium-grained granites with Nb-rich mica and devoided of columbite-tantalites and fine-grained granites and pegmatites rich in columbite-tantalite minerals. Columbite-tantalite minerals are classified as columbite-(Fe), and characterized by complex zonings with various “go and back” processes, indicating that their formation is linked to multi-mixing processes of two different magma sources. The medium-grained granites in the Huangshan suite differed from the other granites of the Lingshan complex by their mica compositions: lithian annite (MA granite) and “protolithionite” (MP granite). They are characterized by elevated Nb contents (average 144 ppm in MP and 158 ppm in MA) and very high Nb/Ta ratios (average 15.3 in MP and 31.2 in MA). Niobium is mainly hosted in the micas, with an average Nb content of 1,347 ppm in the lithian annite, and 884 ppm in the “protolithionite”. Such contents are the highest ever reported in magmatic-related micas. With an estimated content of ~80 kt Nb, the Huangshan granites represent a new style of potential Nb resource. The Songshugang albite granite is found in the west of Lingshan complex and is specifically enriched in Ta. The major Songshugang albite granite is buried and covered by layers of K-feldspar granite, greisen and pegmatite. All the granites are strongly peraluminous. The compositions of columbite-tantalite minerals, the zircons and cassiterites are constant and display a similar two-stage texture. Petrographic features indicate that the early-stage columbite and zircon were formed in magmatic environment, whereas the later-stage of rare-element minerals were influenced by fluid fluxes at the magmatic-hydrothermal transitional stage. Micas also show a two-stage texture. The Rb-enrichment in the margin of the zinnwaldite is the result of magmatic fractionation, as also demonstrated by the decrease of Nb contents (16.3-108 ppm compare with core of 109-313 ppm). The invariable low contents of Ta, W and Sn demonstrate that the residual melt has no influence on later post-magmatic stages, contrary to the columbite minerals. Finally, in-situ U-Pb dating of zircon and columbite-tantalite by SIMS and LA-ICP-MS indicates that both Huangshan and Songshugang granites were emplaced at ca. 130 Ma during Later Yanshanian (or Cretaceous) and contemporary with the formation of the Lingshan complex. This result indicates that the Later Yanshanian is a prospective geological period for Nb-Ta deposits, and this result enlarges the time frame of rare-metal mineralization.