UNIVERSITE DE                        LIEGE                   FACULTE DES SCIENCES                    Département de Géolog...
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Qu’il me soit permis d’ouvrir ce travail de mémoire enremerciant tous ceux qui m’ont aidé dans sa réalisation.Mes remercie...
Résumé       Relativement inaperçus et rarement dimportance économique, les minéraux dephosphates, malgré leur beauté, n’o...
Abstract       Relatively inconspicuous to the casual observer and rarely of economic importance,systematic investigations...
Table des matièresIntroduction____________________________________________________________1CHAPITRE 11. Pegmatites graniti...
4.4. Phosphates non Fe-Mn                                                         43             4.4.1. Phosphates d’alumi...
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Introduction       Environ 440 est le nombre des minéraux de phosphates connus, ce qui fait un peu plusd’un dixième de la ...
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Ibrahim HAJDARI, Ir. DEA, Universite de Liege, Faculte des Sciences, departement de geologie

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Ibrahim HAJDARI, Ir. DEA, Universite de Liege, Faculte des Sciences, departement de geologie

  1. 1. UNIVERSITE DE LIEGE FACULTE DES SCIENCES Département de Géologie Laboratoire de Minéralogie Les phosphates de fer et manganèse de la pegmatite No.1 de Palermo, New Hampshire (Etats-Unis) Mémoire présenté par Ibrahim HAJDARI ingénieur de géologie Pour l’obtention duAnnée Académique Diplôme d’études approfondies en Sciences 2003-2004 (Option Sciences géologiques) Octobre, 2004
  2. 2. UNIVERSITE DE LIEGE FACULTE DES SCIENCES Département de Géologie Laboratoire de Minéralogie Les phosphates de fer et manganèse de la pegmatite No.1 de Palermo, New Hampshire (Etats-Unis) Mémoire présenté par Ibrahim HAJDARI ingénieur de géologie Pour l’obtention duAnnée Académique Diplôme d’études approfondies en Sciences 2003-2004 (Option Sciences géologiques) Liège, octobre 2004
  3. 3. Qu’il me soit permis d’ouvrir ce travail de mémoire enremerciant tous ceux qui m’ont aidé dans sa réalisation.Mes remerciements vont tout d’abord à Monsieur leProfesseur A.-M. Fransolet, pour la confiance qu’il m’aaccordée en me proposant ce sujet. Je le remercieégalement pour sa disponibilité et ses conseils avisés.Je voudrais encore remercier vivement Monsieur AnthonyR. Kampf, du Musée National d’Histoire de la Nature àLos Angeles, Californie, qui m’a fourni avec desinformations très utiles, publiées par lui-même durant sontravail scientifique à Palermo, New Hampshire.J’exprime toute ma gratitude à F. Hatert, chercheur et àP. Lefèvre, assistant au Laboratoire de Minéralogie, pourleurs judicieux conseils et l’aide à la sélection delittérature concernant le sujet.Je tiens à remercier très chaleureusement ma famille pourson soutient permanent. Mes plus vifs remerciementss’adressent à mon épouse Valdete, pour son aide à taperle texte et surtout pour ses nombreux encouragements.Enfin, merci à toutes les autres personnes qui, d’unemanière ou d’une autre, ont contribué à l’aboutissementde ce travail.
  4. 4. Résumé Relativement inaperçus et rarement dimportance économique, les minéraux dephosphates, malgré leur beauté, n’ont pas été un objet de recherches systématiques. Ils sontprésents dans trois grands types d’environnements : (1) les roches ignées, qui comprennent lespegmatites granitiques, (2) les métaquartzites et les roches volcaniques qui ont subi uneinfluence hydrothermale, et (3) les roches sédimentaires, riches en phosphates, qui ont subi unmétamorphisme de degré variable. Les phosphates de fer et manganèse provenant despegmatites granitiques, comme c’est le cas de la pegmatite No.1 de Palermo, sont les plusbeaux et plus caractéristiques. Malgré que la columbite n’est pas abondante dans le champ pegmatitique de Grafton,New Hampshire, la pegmatite No.1 de Palermo fait partie du type béryl, sous-type béryl-columbite-phosphates de la famille pétrogénétique LCT (lithium, césium, tantale) de la classedes pegmatites à éléments rares, selon classification de Černý (1990, 1991a, b et c).Jusqu’aujourd’hui, cette pegmatite a produit la plus grande variété despèces minérales dephosphate que nimporte quelle autre pegmatite dans le monde. On a pu vérifié un total de 69minéraux de phosphates, parmi lesquelles, dix nouvelles espèces, découvertes pour lapremière fois ici : 1. La bjarebyite: (Ba,Sr)(Mn,Fe,Mg)2Al2(PO4)3(OH)2 2. La foggite: CaAlPO4(OH)2 ● H2O 3. La goedkenite: (Sr,Ca)2Al(PO4)2(OH) 4. La palermoïte: (Li,Na)2(Sr,Ca)Al4(PO4)4(OH)4 5. La samuelsonite: (Ca,Ba)9(Mn,Fe)4Al2(PO4)10(OH)2 6. La schoonerite: ZnMnFe3(PO4)3(OH)2 ● 9H2O 7. La whitlockite: Ca18(Mg,Fe)2(H2,Ca)(PO4)14 8. La whitmoreite: (Fe,Mn)Fe2(PO4)2(OH)2 ● 4H2O 9. La wolfeite: (Fe,Mn)2PO4(OH) 10. La xanthoxénite: Ca4Fe2(PO4)4(OH)2 ● 3H2O Les phosphates sont concentrés aux bordures entre la zone intermédiaire et le noyau dela pegmatite où les phases primaires de phosphates ont apparu durant la cristallisationséquentielle de la pegmatite. On a identifié quatre phosphates primaires de Fe-Mn : latriphylite, la wolfeite, le sarcopside et la graftonite, et deux phosphates primaires d’Al:laugelite et la montebrasite. La triphylite est, volumétriquement et selon son abondance, laplus importante. Lattaque des solutions pegmatitiques dérivées du noyau sur les phosphates primaires,principalement sur la triphylite, lors de la phase tardive, a résulté à toute une série desubstitutions qui conduisent à une large gamme de variétés, tout en dépendant de lacomposition chimique des solutions. La pegmatite No.2 de Palermo, la deuxième plus grande pegmatite (après la pegmatiteNo.1), parmi les 60 pegmatites connues dans le champ pegmatitique de Grafton, se caractérisepar une gamme riche en phosphates de Fe-Mn et d’Aluminium.
  5. 5. Abstract Relatively inconspicuous to the casual observer and rarely of economic importance,systematic investigations on the phosphate minerals, which sometimes fascinate with theirbeauty, have been few, but still not enough. Meanwhile, they occur in three large geologicalenvironments: (1) igneous rocks, comprising granitic pegmatites, (2) metaquartzites andvolcanic rocks which underwent a hydrothermal influence and (3) sedimentary rocks whichare rich in phosphates and underwent a variable grade of metamorphism. The Fe-Mnphosphates of granitic pegmatites, as indicates Palermo No1 pegmatite, are very beautiful andmost characteristic. Černý (1990, 1991a, b et c) has subdivided the beryl type of rare element pegmatitesinto beryl-columbite-phosphate subtypes, but columbite is so sparse in this field that its use todenote a subtype seems inappropriate here. Accordingly, the Palermo No.1 is classed as aberyl-phosphate subtype of the LCT (lithium, cesium, tantalum) petrogenetic family. Untiltoday, no other pegmatite somewhere in the world has yielded a greater number of phosphatespecies. 69 phosphate minerals have been reported and Palermo is the type locality for ten ofthese: 1. La bjarebyite: (Ba,Sr)(Mn,Fe,Mg)2Al2(PO4)3(OH)2 2. La foggite: CaAlPO4(OH)2 ● H2O 3. La goedkenite: (Sr,Ca)2Al(PO4)2(OH) 4. La palermoïte: (Li,Na)2(Sr,Ca)Al4(PO4)4(OH)4 5. La samuelsonite: (Ca,Ba)9(Mn,Fe)4Al2(PO4)10(OH)2 6. La schoonerite: ZnMnFe3(PO4)3(OH)2 ● 9H2O 7. La whitlockite: Ca18(Mg,Fe)2(H2,Ca)(PO4)14 8. La whitmoreite: (Fe,Mn)Fe2(PO4)2(OH)2 ● 4H2O 9. La wolfeite: (Fe,Mn)2PO4(OH) 10. La xanthoxénite: Ca4Fe2(PO4)4(OH)2 ● 3H2O The phosphates are concentrated near the boundary between the intermediate zone andcore of the pegmatite where primary phosphate phases crystallized during the sequentialcrystallization of the pegmatite. Four Fe-Mn bearing primary phosphates: triphylite, wolfeite,sarcopside and graftonite, and two Al bearing primary phosphates: augelite and montebrasiteare observed. Triphylite is volumetrically and after his abundance, most important. Attack on the primary phosphates, principally triphylite, by late-stage, core-derivedsolutions was pronounced and resulted in a variety of replacements depending upon thechemistry of the solutions. Palermo No.2 pegmatite, the second great pegmatite (after Palermo No.1) of aboutsixty pegmatites on the Rice-Palermo property, in the Grafton pegmatite field, is characteristicfor the aluminum phosphates which dominate the phosphate mineral assemblages.
  6. 6. Table des matièresIntroduction____________________________________________________________1CHAPITRE 11. Pegmatites granitiques_________________________________________________2 1.1. Généralités 2 1.2. Composition chimique et minéralisation 2 1.3. Classification des pegmatites granitiques 3 1.3.1. Les pegmatites de la famille pétrogénétique LCT de la classe des pegmatites à éléments rares 7 1.4. Genèse 7 1.4.1. Séparation des bains pegmatitiques du granite parental 7CHAPITRE 22. Phosphates des pegmatites______________________________________________ 9 2.1. Description minéralogique 9 2.2. Paragenèses des phosphates de pegmatite 10 2.3. Phosphates primaires 11 2.3.1. Composition et distribution 11 2.4. Phosphates secondaires 15 2.5. Structure et cristallochimie des phosphates des pegmatites 19CHAPITRE 33. La pegmatite No1 de Palermo, New Hampshire, Etats-Unis__________________ 22 3.1. Les pegmatites granitiques au nord de New England 22 3.1.1. Géologie et zonation 22 3.2. Mine de Palermo 27 3.2.1. Généralités 27 3.2.2. Accès 28 3.2.3. Brève histoire de la mine 28 3.3. Les caractéristiques géologiques et minéralogiques de la pegmatite No.1 de Palermo 30 3.3.1. Description géologique 30 3.3.2. Description minéralogique 33CHAPITRE 44. Les phosphates de pegmatite No.1 de Palermo _____________________________ 36 4.1. Paragenèses des phosphates 36 4.1.1. La cristallisation primaire (700°C-600°C) 36 4.1.2. L’altération métasomatique (600°C-350°C) 37 4.1.3. L’attaque hydrothermale et rémobilisation (350°C-50°C) 37 4.2. Description minéralogique des phosphates 40 4.3. Quelques mots sur les phosphates uranifères 42
  7. 7. 4.4. Phosphates non Fe-Mn 43 4.4.1. Phosphates d’aluminium 43 Augelite 43 Bjarebyite 43 Brazilianite 44 Childrenite/eosphorite 44 Ernstite 45 Foggite 46 Gatumbaite 47 Goedkenite 48 Goyazite 49 Montebrasite 49 Palermoïte 49 Paravauxite/gordonite 50 Scorzalite 50 Wardite 50 4.4.2. Phosphates de calcium 51 Anapaite 51 Carbonate-hydroxyl apatite 51 Fluoroapatite 51 Samuelsonite 51 Whitlockite 54 4.4.3. Phosphates de béryllium 55 Hydroxyl-herderite 55 Moraesite 55 Roscherite 55 4.4.4. Phosphates de zinc 55 Hopeite 55 Phosphophyllite 56 4.4.5. Phosphates d’uranium 56 Autunite/meta-autunite 56 Torbernite/metatorbernite 56CHAPITRE 55. Phosphates de Fe-Mn de la pegmatite No.1 de Palermo_______________________57 5.1. Cristallochimie des phosphates de Fe-Mn 57 5.1.1. Pléochroïsme, couleur et arrangement des polyèdres ("bouquet-h") 59 5.2. Phosphates de Fe-Mn : 62 Arrojadite 62 Barbosalite 62 Beraunite 62 Bermanite 62 Cacoxenite 63 Diadochite 63 Dufrenite 64 Ferrisicklerite/Heterosite 65 Graftonite/Sarcopside 65 Hagendorfite 66 Hereaulite 67
  8. 8. Jahnsite 67 Kryzhanovskite 68 Laueite 68 Leucophosphite 69 Ludlamite 69 Messelite/fairfieldite 69 Metavivianite 69 Mitridatite 70 Phosphoferrite 70 Phosphosidérite 70 Pseudolaueite 70 Rockbridgeite 71 Schoonerite 72 Stewartite 73 Strengite 73 Strunzite 74 Tavorite 74 Triphylite 74 Vivianite 75 Whitmoreite 75 Wolfeite 76 Xanthoxenite 77CHAPITRE 66. La Pegmatite No.2 de Palermo___________________________________________78 6.1. Généralités 78 6.2. Quelques études récentes sur la pegmatite No2 787. Conclusions__________________________________________________________ 838. Bibliographie_________________________________________________________ 87
  9. 9. Introduction Environ 440 est le nombre des minéraux de phosphates connus, ce qui fait un peu plusd’un dixième de la totalité des minéraux décrits à ce jour (Gaines et al., 1997). Cependant, lesphosphates ne représentent qu’une quantité mineure par rapport à l’ensemble des silicates. Les pegmatites granitiques de la classe à éléments rares constituent l’environnementgéologique le plus commun de minéraux phosphatés où ils cristallisent à tous les stades de lagenèse pegmatitique. Ils tendent à se concentrer à proximité ou à l’intérieur quartzique despegmatites zonées. Les pegmatites granitiques sont connues pour la présence des phosphatesprimaires et secondaires: la région de New England, les Black Hills de Dakota du sud,quelques pegmatites en Californie méridionale (Etats-Unis), nombreuses pegmatitesbrésiliennes, les pegmatites au Portugal, les occurrences en Bavière (les pegmatites deHagendorf Süd et Hühnerkobel), à la Suède nordique, à Viitaniemi en Finlande, la pegmatitede Buranga au Rwanda (Afrique centrale), etc... Les Etats-Unis sont particulièrement bénisavec des pegmatites granitiques : environ 100 pegmatites aux Black Hills, par exemple,presque toutes y contiennent quelques phosphates primaires tandis que la majorité desassemblages sont des phases secondaires. Dans ces pegmatites, la triphylite plus au moinsaltérée est très abondante. La pegmatite No.1 de Palermo, près de North Groton, New Hampshire, estcaractéristique pour ses nombreux phosphates de fer et manganèse et a été pendant longtempsobjet des recherches permanentes. Une collection de milliers d’échantillons dans cettepegmatite assemblés par G. Bjareby, J. V. Smith, A. R. Kampf, R. W. Whitmore etactuellement par J. Nizamoff, A. U. Falster et W. B. Simmons, dans la pegmatite No2, ainsique de nombreux échantillons de Palermo présents au Laboratoire de Minéralogie del’Université de Liège, procurent une occasion unique à létude plus détaillée. Ce travail comprend l’état de connaissances actuelles sur la célèbre pegmatite No.1 dePalermo, avec une description détaillée des phosphates de Fe-Mn et, dans le dernier chapitre,quelques mots sur la pegmatite No.2, en vue de nouvelles recherches.

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