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Detailed view PhD thesis
Université de Franche-Comté (27/11/2006), Didier MARQUER (Dir.)
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Cyril_DURAND_-_These_-_2006_.pdf(37.6 MB)
Annexe1_-_carte_geologique_-_massif_de_Querigut.pdf(7.5 MB)
Annexe_2_-_geometrie_des_septa_sedimentaires_-_massif_de_Querigut.pdf(2.5 MB)
Circulations fluides, transferts de matière et évolution minéralogique entre deux réservoirs à géochimie contrastée. Les septa carbonatés dans les granites du Quérigut (Pyrénées, France)
Cyril Durand1

L'objectif de ce travail est de quantifier les transferts de matière et les circulations fluides au contact entre des septa carbonatés et des roches magmatiques au cours du métamorphisme de contact dans le massif de Quérigut (Pyrénées, France). Une étude minéralogique et géochimique a été couplée avec une modélisation pétrogénétique afin de spécifier et quantifier les processus géologiques invoqués lors de la formation de skarns.

Les relations géométriques entre les septa carbonatés et les roches granitiques encaissantes ont été contraintes par une étude cartographique détaillée. Le contact est caractérisé par le développement d'un endoskarn et d'un exoskarn du côté granitique et carbonaté respectivement. L'endoskarn consiste en un assemblage à Kfs-Qtz-Cpx-Amp-Pl développé au dépend d'un assemblage à Pl-Amp-Bt-Qtz-Kfs. L'exoskarn montre une évolution minéralogique continue et complexe depuis un assemblage à Cal-Cpx-Amp-Qtz-An vers un assemblage à Grt-Wo/Czo-Cpx-Qtz.
Les résultats sur les isotopes stables (Δ18O et Δ13C) suggèrent que ce système se comporte comme un système fermé vis-à-vis des circulations de fluides externes et des arrivées de matière. Seuls des processus de diffusion apparaissent entre les deux réservoirs à géochimie contrastée avec une infiltration limitée de fluides magmatiques dans les métacarbonates proches du contact. Le métamorphisme de contact entre ces deux types de roche est également associé avec d'importants transferts de matière mais toujours sans échanges chimiques significatifs entre les granitoïdes et les carbonates. Dans les roches magmatiques, les transferts se restreignent à l'endoskarn avec un enrichissement significatif en K2O, Rb, Y, Ce, Nb et Ba. A l'opposé, les transferts de matière dans les septa carbonatés apparaissent sur une distance significativement plus épaisse que l'endoskarn. Une forte diminution des teneurs en CaO, Sr et CO2 (atteignant plus de 80 %) est corrélée à une chute des teneurs en calcite en direction du contact. Les autres éléments chimiques, initialement présents dans le carbonate, se comportent comme des éléments immobiles et sont alors concentrés passivement. La perte de calcite est expliquée par des réactions de décarbonatation et des phénomènes de pression-dissolution. Ces processus sont accompagnés par une forte perte de volume atteignant plus de 80% du volume initial en direction de la zone de contact.
La modélisation thermodynamique suggère des gammes de température entre 460°C et 600°C avec une diminution significative de la composition fluide XCO2 en direction du contact afin de stabiliser des assemblages Grt-Wo/Czo (XCO2 < 0,021). Les relations de phase établies en fonction de la composition chimique (Xcompo) et de la composition fluide (XCO2) sont en parfait accord avec les assemblages minéralogiques observés, confortant l'hypothèse d'une forte perte de calcite dans les septa carbonatés lors de l'épisode de métamorphisme de contact. De plus, ces résultats montrent que les diagrammes de phases XCO2 vs Xcompo établis à température et pression constantes sont des modèles prédictifs adéquats à l'étude de la formation des skarns.

Un modèle couplant les circulations fluides et les transferts de matière et contrôlé par des processus de diffusion et de perte de calcite est proposé pour expliquer les évolutions minéralogiques et géochimiques des septa carbonatés emprisonnés dans les roches granitiques du massif de Quérigut.
1:  Laboratoire des Géosciences
métamorphisme de contact – skarns – transferts de matière – perte de calcite – perte de volume – circulations fluides – cartographie – pétrographie – isotopes stables O-C – géochimie majeurs-traces – modélisation thermodynamique.

Fluid circulations, chemical mass transfers and mineralogical evolution between two geochemical contrasting rocks. Carbonate septa in Quérigut granites (Pyrenees, France)
The purpose of this contribution is to quantify chemical mass-transfers and fluid circulations between carbonate septa and magmatic host rocks during contact metamorphism in the Quérigut massif (Pyrenees, France). A mineralogical and geochemical study has been coupled with a petrogenetic modelling to specify and quantity the geological processes involved during skarn formation.

The geometric relations between carbonate septa and the granitic host rocks have been constrained by a detailed field mapping. The contact is characterized by the development of an endoskarn and exoskarn on the granitic and carbonate septa side respectively. The endoskarn consists of a Kfs-Qtz-Cpx-Amp-Pl assemblage developed at the expense of the magmatic assemblage Pl-Amp-Bt-Qtz-Kfs. The exoskarn shows a continuous and complex mineralogical evolution from a Cal-Cpx-Amp-Qtz-An assemblage to a Grt-Wo/Czo-Cpx-Qtz assemblage.
Stable isotopes results (Δ18O and Δ13C) suggest that this system behaves like a closed-system with respect to external fluids and chemical entrance. Only diffusion processes occur between the two geochemically contrasted reservoirs with a limited input of magmatic fluids in metacarbonates closed to the contact. Contact metamorphism between these two rock types is also coeval with a strong chemical mass-transfer but still without significant exchanges between these two rocks . In magmatic rocks, chemical mass-transfers are restricted to the endoskarn with a significant enrichment in K2O, Rb, Y, Ce, Nb and Ba contents. In contrast, chemical mass-transfers in metacarbonate septa occur on a distance significantly wider than the endoskarn. A strong decrease in CaO, CO2 and Sr contents (up to 80%) is correlated with a decrease of the calcite content toward the contact zone. The others chemical elements, initially present in the limestone, behave like immobile elements and are therefore passively concentrated. The calcite loss is due to decarbonation reactions and pressure-solution phenomena. These processes are accompanied by a strong volume loss up to 80 % of the initial volume toward the contact zone.
Thermodynamic modelling suggests that temperature ranges between 460 and 600°C with a significant decrease in XCO2 fluid composition towards the contact in order to stabilize Grt-Wo/-Czo assemblages (XCO2 < 0,021). Phase relations mapped as a function of bulk composition (Xcompo) and fluid composition (XCO2) are in good agreement with observed chemical assemblages, strengthening the hypothesis of strong calcite loss in metacarbonate septa during the contact metamorphism event. Furthermore it shows that isothermal/isobaric XCO2 vs Xcompo phase diagrams are powerful tools to investigate and predict skarn formation.

A model coupling fluid circulations and chemical mass-transfers controlled by diffusion and calcite loss processes is proposed to explain mineralogical and geochemical evolutions in carbonate septa enclosed in granitic rocks of the Quérigut massif.
contact metamorphism – skarn – mass-transfer – calcite loss – volume loss – fluid circulation – cartography – petrology – O-C stable isotopes – major-trace element geochemistry – thermodynamic modelling.

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