Characterisation of the emplacement of LCT-type rare-element pegmatite fields at the scale of the Variscan belt
Caractérisation de la mise en place des champs de pegmatites à éléments rares de type LCT : exemples représentatifs de la chaîne Varisque
Résumé
LCT-type rare-element pegmatites have long been studied and exploited for their gems and rare metals they contain. Despite many studies about the rare-element enrichment, or about the mechanisms leading their exotic textures, very few studies have been dedicated to the mechanisms controlling their emplacement and their spatial distribution at the scale of the pegmatite field. To better investigate the origin of ascent-driving mechanisms of these magmas, a multidisciplinary study was conducted on 3 rare-element pegmatite fields across the Variscan belt. The results demonstrate the spatial proximity of the rare-metals-rich pegmatites with the intensity of deformation of the hosting rocks. In addition, spatial statistical analyses suggest that the emplacement of such magmas has been facilitated by fracture-controlled model. According to numerical models, the rise of these pegmatite-forming melts along weakened crustal zones would be facilitated by their peculiar physico-chemical properties (low viscosity and density), but also by very high crustal permeability (> 10⁻¹² m²) at depths around 10 km. Finally, accordingly to Li isotope signatures measured on pegmatitic micas, lithium does not fractionate from neighbouring granite up to the more differentiated pegmatites, since all δ⁷Li (‰) fall within a range of - 2 to + 2 ‰, as for orogenic granites. Therefore, we suggest that the genesis these pegmatite-forming melts is common to that of peraluminous granites. Mechanisms of fracturation and magma-pumping may have favoured the rise of these low volumes of residual melts, enriched in rare-elements, during short periods (~ 10³ yrs) of strong permeability increase. These results question the granitic model commonly used for the exploration of this type of mineral deposits. We suggest a revisited model accounting for both genesis and emplacement controlling mechanisms of the pegmatite-forming melts.
Les pegmatites à éléments rares de type LCT sont depuis longtemps étudiées et exploitées pour leurs gemmes et les métaux rares qu’elles contiennent. Malgré de nombreuses études réalisées sur les processus d’enrichissement en éléments rares, ou les mécanismes à l’origine de leurs textures, très peu d’études ont été dédiées aux mécanismes de mise en place des pegmatites et à leur répartition spatiale à l’échelle du champ. Afin de déterminer les mécanismes moteurs à l’origine de l’ascension de ces magmas, une étude multidisciplinaire a été menée sur 3 champs de pegmatites à éléments rares, répartis à l’échelle de la chaîne Varisque. Les résultats démontrent la proximité entre la localisation des pegmatites minéralisées et l’intensité de la déformation encaissante. De plus, la mise en place de ces magmas semble facilitée par un certain mode de fracturation. La modélisation numérique de la mise en place des magmas dans ces zones crustales fragilisées indique que l’ascension est facilitée par leurs faibles viscosité et densité, mais aussi par des perméabilités crustales très élevées (> 10⁻¹² m²), à des profondeurs de l’ordre de 10 km. Enfin, d’après les signatures isotopiques du Li mesurées sur des micas pegmatitiques, le lithium ne fractionne pas depuis le granite voisin, jusqu’aux pegmatites les plus différenciées, puisque les valeurs δ⁷Li (‰) sont toutes comprises dans une gamme de - 2 à + 2 ‰, similaire à celle rencontrée dans les granites orogéniques. Nous suggérons donc que la genèse des magmas pegmatitiques est commune à celle des granites hyperalumineux. Les mécanismes de fracturation et d’attraction (« magma-pumping ») sont envisagés pour avoir favorisé l’ascension de ces magmas résiduels, enrichis en éléments rares, de faibles volumes, au cours de transitions brutales et de courtes durées (~ 10³ ans), de la perméabilité. L’ensemble de ces résultats permet de remettre en question le modèle du granite parent classiquement utilisé pour la prospection de ces gisements, et de proposer un modèle revisité couplant la genèse et la mise en place de ces magmas.
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