MISE EN EVIDENCE DE DEUX GENERATIONS DE CHROMITE DES COMPLEXES MAFIQUES - ULTRAMAFIQUES DANS LA REGION D'ANDRIAMENA (A L'EST DU FLEUVE BETSIBOKA), CENTRE NORD DE MADAGASCAR
RATEFIARIMINO Anick1,2, OHNENSTETTER Maryse3, RAKOTOMANANA Dominique1,2, RASOLOMANANA Eddy
Projet de Gouvernance des Ressources Minérales, Ex-Laboratoire des Mines, Route d'Andraisoro Ampandrianomby Antananarivo 101 Madagascar 2 Ecole Supérieure Polytechnique d'Antananarivo (Université d'Antananarivo), Campus Universitaire d'Ambohitsaina Ankatso Antananarivo 101 Madagascar 3 Centre de Recherche Pétrographique et Géochimique (Laboratoire du CNRS), 15, rue Notre Dame des Pauvres, Vandœuvre-lès- Nancy BP 20, 54501 Nancy Cedex, France
Résumé : En vue de la pérennisation de l'exploitation de la chromite de la région d'Andriamena, le Projet de Gouvernance des Ressources Minérales, en coopération avec l'Ecole Supérieure Polytechnique d'Antananarivo et le Centre de Recherche Pétrographique et Géochimique de Nancy (France), ont étudié la métallogénie de la chromite de cette région. Dans ce contexte, nous avons étudié l'évolution des spinelles chromifères et du magmatisme ultramafique à Andriamena.
La région d'Andriamena fait partie du socle cristallin précambrien de Madagascar, sur la nappe de Tsaratanana. L'Unité d'Andriamena (UA) est formée d'orthogneiss et de corps mafiques-ultramafiques. Trois événements tectono-métamorphiques successifs ont affecté les formations de l'UA, ces événements sont associés à trois phases de déformation.
Les lentilles des ultramafites présentent une pseudo-zonation tectonique avec une pseudo-zone de bordure de diorite et de granodiorite et une pseudo-zone de cœur avec une sous-zone médiane d'hornblendite plagioclasique et une sous-zone d'ultramafites.
La chromite automorphe est le minéral majeur des rubans massifs et submassifs de chromitites des ultramafites. Elle est de nature magnésienne dans les pyroxénites, ferro-magnésienne dans les harzburgites à grain grossier et les anorthosites et alumino-ferro- magnésienne dans les harzburgites à grain fin. Les minéraux de la chromite automorphe ont une bordure rendant compte de substitutions isomorphiques entre Cr2O3 et Fe2O3. La chromite xénomorphe, constituant minéral majeur des fins rubanements submassifs des chromitites de la diorite, est de nature ferreuse. Elle présente une constance des teneurs des divers oxydes constituants majeurs.
La chimie de la chromite permet de dégager deux générations de chromite. La chromite automorphe qui est la première génération est affectée ainsi que ses roches porteuses ultramafiques par l'événement de 800 Ma. La chromite xénomorphe qui est la deuxième génération s'est formée au cours de l'événement du 800 Ma avec la diorite, sa roche porteuse. La structuration en torsade des corps ultramafiques résulte des effets des trois déformations tectoniques successives.
Mots-clés : chromite, automorphe, xénomorphe, ultramafite, diorite, Andriamena, Madagascar
Introduction présidé à la formation des paragenèses à spinelle La mine de chromite d'Ankazotaolana, exploitée chromifère ainsi que leur concentration au sein depuis 1971 par la société Kraomita Malagasy, des encaissantes ultramafiques. Les auteurs vient d'être épuisée (fin 2007) tandis que celle de antérieurs [1, 2, 3, 4, 5] ont mis en évidence que Bemanevika qui a été récemment réhabilitée (en la chromite peut être présente sous forme 2004) ne lui permet qu'une survie d'une dixaine disséminée (parfois en schlieren) dans les d'années. Ces considérations ont justifié la mise ultramafites de la région d'Andriamena et en place par le Projet de Gouvernance des l'augmentation de leur proportion en volume Ressources Minérales (PGRM) d'un programme définit le minerai de chromite. Les observations de recherche en métallogénie de la chromite pour récentes [6] ont permis de catégoriser les contribuer, en coopération avec l'Ecole spinelles chromifères en fonction de leur Supérieure Polytechnique d'Antananarivo et le morphoscopie (automorphe et xénomorphe) et de Centre de Recherche Pétrographique et leur localisation dans les diverses composantes Géochimique de Vandoeuvre-lès-Nancy (France), de la texture des ultramafites. Le but de la à la découverte d'autres gîtes d'importance présente étude est alors d'affiner la minière de chromite dans la région d'Andriamena. compréhension de l'évolution des spinelles chromifères avec le magmatisme ultramafique en Pour atteindre l'objectif minier énoncé se basant sur l'évolution de leurs compositions précédemment, il est primordial de comprendre chimiques. les mécanismes et les modalités de base ayant Mise en évidence de deux générations de chromite des complexes mafiques - ultramafiques dans la région d'andriamena (a l'est du fleuve betsiboka), centre nord de madagascar
La région d'Andriamena, au sens de la présente des gîtes d'intérêt minier de la chromite et qui étude, est le domaine géographique affleurent à l'Est du fleuve Betsiboka. En d'affleurement de l'Unité d'Andriamena (UA). Elle l'absence d'affleurement et de préservation des est globalement centrée autour de la ville roches, les observations et les mesures d'Andriamena et est drainée par les fleuves tectoniques ont été faites au niveau des mines et Betsiboka (coulant sur la partie Ouest de la région de quelques indices de chromite plus ou moins d'Andriamena) et Mahajamba (coulant sur la frais au sein du domaine minier de la société partie centrale) et leurs affluents respectifs. En Kraomita Malagasy S.A. (Kraoma) dont les mines raison des objectifs miniers finaux, l'étude d'Ankazotaolana et de Bemanevika, la petite mine concerne les occurrences ultramafiques d'Ambohidronono (indice W6d), les indices F1 de encaissant les chromitites susceptibles de donner Telomita et l'indice L5b de Brieville.
MadaGéo13 (ISSN 2074-4587) 31 Mai 2009 Mise en évidence de deux générations de chromite des complexes mafiques - ultramafiques dans la région d'andriamena (a l'est du fleuve betsiboka), centre nord de madagascar
495000 505000 515000 525000 535000 545000
962000
952000
1
AMBOHIL7RONONO 942000
10 000 m
ZONE DE CISAILLEMENT 932000
MASSIF DE VOHOMBOHITRjV
ULTRAMAFITES
METAGABBRO
CHARNOCKITE 922000 GNEISS INDIFFERENCIES
Figure 1 : Carte géologique de la région d'Andriamena (Est du fleuve Betsiboka), modifiée à partir de la carte géologique de la zone D : PGRM/BRGM, 2008. En écusson, pour localiser la région d'Andriamena, la carte des Domaines Tectono-métamorphiques du socle cristallin précambrien de Madagascar (MEM/PGRM, 2008) qui sont 1 : Antongil et Masora, 2 : Bemarivo, 3 : Antananarivo dont 3a : Nappe de Tsaratanana, 4 : Ikalamavony-Taolagnaro-Ampanihy et 5 : Vohibory, 6 : couverture sédimentaire du Phanérozoïque
MadaGéo13 (ISSN 2074-4587) 32 Mai 2009 Mise en evidence de deux generations de chromite des complexes mafiques - ultramafiques dans la region d'andriamena (a l'est du fleuve betsiboka), centre nord de madagascar
Contexte géologique général de la région responsable de la mise en place du Massif de d'Andriamena à l'Est du fleuve Betsiboka Vohombohitra. Sur le plan des déformations, deux phases D1 La région d'Andriamena est sur le socle et D2 ont été décrites par les auteurs antérieurs cristallin précambrien malgache et elle appartient [4] [5] [10] : une déformation D1 due à un à la ceinture d'Andriamena de la Nappe de raccourcissement vertical engendrant des plis Tsaratanana [7] qui aurait été charriée sur les isoclinaux d'axe subhorizontal. A D1 est associée formations gneissico-migmatitiques du domaine une schistosité S1. Une deuxième déformation D2 tectono-métamorphique d'Antananarivo, charriage qui résulte d'un raccourcissement horizontal E - qui se serait faite suivant une vergence Est [8, 9]. W ainsi que de la verticalisation de la foliation L'UA se serait mise en place à la faveur d'un générant le replissement des plis associés à D1, système de rift dans un environnement de marge matérialisés par des plis asymétriques et des plis immature [5] de type andin [10]. La région déracinés au niveau des métagabbros et les d'Andriamena (figure 1) est formée par deux charnockites, d'axe de direction N - S et d'une entités géologiques qui sont : foliation pénétrative S2 de direction générale N - S. - l'UA, d'âge Archéen, avec des gneiss Une dernière déformation D3, mise en évidence mafiques encaissant des corps lenticulaires ultérieurement à D1 et D2 [6], est due à ultramafiques avec ou sans chromite ; l'intensification de la force compressive E - W de la phase de déformation D2. D3 se manifeste par - des intrusions circonscrites de nature une foliation pénétrative S3 qui a transposé les granitique et granodioritique dont le massif de foliations antérieures ainsi que des cisaillements Vohombohitra datée du 595 Ma [9] ainsi que son senestres de direction généralement NNW - SSE cortège pegmatitique associé. à N - S (figure 2).
A l'Est du fleuve Betsiboka, l'UA est constituée Méthodologie [5] par les formations de la série charnockitique composite à texture magmatique généralement L'étude de la région d'Andriamena a été bien préservée malgré une polygonation poussée réalisée en deux étapes consécutives : des minéraux. Cette série charnockitique - des travaux sur le terrain qui ont composite est constituée (i) d'une alternance de essentiellement été axés sur les observations niveaux acides et de niveaux basiques et (ii) de pétrographiques, l'acquisition des données petits corps noirs localisés, bien lités et plissés de tectoniques et des relations d'agencement entre métagabbro, d'enderbite et de charnockite. les divers composants lithologiques. Les objectifs Actuellement, on comprend l'UA comme étant une de cette étape sont de pouvoir (i) faire une entité géologique qui dérive de description pétrographique des diverses l'orthogneissification d'un complexe rubané formations géologiques autant de l'UA que celles stratiforme daté du 2900 Ma avec notamment des des ultramafites et (ii) dégager les différentes strates d'ultrabasites à rubanement de chromitite phases de déformation qui ont affecté les diverses sub-massive à massive [6]. formations géologiques de la région ; - des travaux de laboratoire pour réaliser Les corps mafiques - ultramafiques de la région o des études pétrographiques au moyen d'Andriamena diffèrent fondamentalement des des observations des lames minces au intrusions mafiques - ultramafiques de microscope optique à lumière transmise et à Madagascar par le fait qu'elles ne développent lumière réfléchie et au microscope électronique. pas trop les phases mafiques qui sont estimées à Ces études ont pour objectifs de procéder à moins de 20 % en volume [5]. Ils sont distribués l'étude morphoscopique des minéraux notamment suivant trois faisceaux sub-parallèles de direction ceux de la chromite, à la détermination des générale nord-sud [5]: le faisceau occidental à minéraux des constituants roches ainsi que l'ouest du fleuve Betsiboka, le faisceau central et l'identification des associations minérales et des le faisceau oriental à l'est du fleuve Betsiboka ; paragenèses magmatiques et métamorphiques ces deux derniers faisceaux étant concernés par des diverses roches de l'UA et des ultrabasites la présente étude. dont notamment les roches porteuses de la L'UA a été structurée par trois événements minéralisation en chromite ; tectono-métamorphiques successifs (i) au 2450 - 2500 Ma, un métamorphisme à ultra haute o des analyses spectrales ponctuelles des température (UHT) à saphirine (1050C / 11,5 minéraux à la microsonde électronique CAMECA kbar) [9,10], (ii) un métamorphisme granulitique SX 100 de l'Université Henri Poincaré de Nancy I au 800 Ma à 900C / 7 Kbar à 600-760C/ 6-8 (France). Un ciblage préliminaire des minéraux à Kbar [4] et (iii) au 530 - 500 Ma, un événement analyser se fait au cours des études au tectono-métamorphique à 550-600C / 4,5 à 5,5 microscope optique. Le but est de doser les Kbar [9] accompagné d'un magmatisme alcalin éléments majeurs et en trace des minéraux des roches notamment ceux de la chromite.
MadaGéo13 (ISSN 2074-4587) 33 Mai 2009 Mise en evidence de deux generations de chromite des complexes mafiques - ultramafiques dans la region d'andriamena (a l'est du fleuve betsiboka), centre nord de madagascar
S0 S2 (D2)
S1 (D1) S3 (D3)
Figure 2 : représentation des différentes phases de déformations au niveau de l'affleurement
massive à grain moyen à fin, localement rubanée o Des traversées à pas réguliers (16 ou par l'individualisation de niveaux irréguliers 18 |jm) ont été faites dans le but de reconnaître millimétriques d'hornblendite. Les minéraux les variations compositionnelles en les cinq mafiques (hornblende verte et phlogopite) sont oxydes constituants majeurs de la chromite : soit en des sites circulaires grossièrement lobés Cr2O3, FeO, MgO, Fe2O3 et de restites au sein d'une matrice de feldspath Les résultats obtenus des analyses spectrales essentiellement du plagioclase à 25% < An < 50% des minéraux de chromite ont été utilisés à et d'orthose rare et quartz soit en minéraux l'établissement des divers diagrammes (i) de interstitiels relativement discrets de 2 à 3% en discrimination de la nature des spinelles (XFe vs volume ; entre les minéraux du feldspath et du
YCr)[11], (ii) de comportement de Al2O3 quartz. D'importants volumes d'hornblendite (indicateur de l'appartenance au milieu plagioclasique à phlogopite - quartz - orthose et
mantellique) avec Cr2O3 et (iii) diagramme - test à minéraux opaques accessoires (ilménite et des moteurs de la différenciation magmatique magnétite) au sein du granodiorite rendent (La/Sm vs La) [12]. La compréhension de ces compte de la nature de la formation géologique divers diagrammes a autorisé la classification basique à ultrabasique initiale. La diorite constitue chimique de la chromite et la distinction entre les la sous-zone interne de la zone de bordure. Ses différentes lignées magmatiques favorables à la seules différences avec le granodiorite autant stabilité de la chromite. dans la nature des minéraux constituants que dans leurs modes d'agencement et d'intersection A - Pétrographie des corps ultramafites sont d'abord l'absence de quartz et ensuite la Des observations faites au niveau des grandes présence de minéraux reliquaires du pyroxène. mines (Ankazotaolana, Bemanevika) ont permis b- La pseudo-zone de cœur d'adopter une pseudo-zonation aux lentilles La zone de cœur présente deux sous zones ultramafites. La diorite et le granodiorite externe dont une zone médiane essentiellement constituent une auréole mince et continue externe plagioclasique et la sous zone des ultramafites. tandis que les ultramafites et les mafites qui La zone médiane est une zone intermédiaire entre constituent le domaine interne sont disposées en la zone des ultramafites la zone la plus au cœur et torsade. la zone de bordure. a- La pseudo-zone de bordure b.1- la sous-zone médiane de l'hornblendite plagioclasique Relativement à la taille des intrusions, la zone La sous-zone médiane est constituée de de bordure est mince (60 m en moyenne sur une l'anorthosite et de l'hornblendite plagioclasique. puissance totale de 500 m à Ankazotaolana) et Lanorthosite essentiellement constituée de elle est formée par de la diorite et du granodiorite. labrador de 57% < An < 67%, de phlogopite et Le granodiorite est une roche leucocrate d'hornblende en position interstitielle. Elle est
MadaGéo13 (ISSN 2074-4587) 34 Mai 2009 Mise en evidence de deux generations de chromite des complexes mafiques - ultramafiques dans la region d'andriamena (a l'est du fleuve betsiboka), centre nord de madagascar irrégulièrement rubanée par des niveaux à également se présenter sous forme de schlieren. chromitite de puissance millimétrique à L'amphibole (hornblende verte) est rare et se décimétrique ; la majorité étant de puissance positionne dans les interstitices entre les minéraux centimétrique. Localement, les minéraux de la de l'olivine à 91% < Fo < 95% et de chromite se regroupent dans des sites ovoïdes l'orthopyroxène à 81% < En < 91%. L'harzburgite millimétriques à centimétriques disséminés dans est très serpentinisée. la roche et conférant à cette dernière un aspect L'orthopyroxénite avec 75% < XmgO < 89% et tacheté. L'hornblendite plagioclasique a deux la webstérite avec 40% < XmgO < 75% sont des variétés différentes par leurs teintes : roches massives et irrégulièrement rubanées par l'hornblendite plagioclasique leucocrate à 32% l'augmentation de la proportion de la chromite et < XmgO < 73% qui est une forme d'altération d'un son admission dans le cumulat. Les silicates de leucogabbro initial probable et l'hornblendite ces deux pyroxénites sont l'olivine (absente dans mélanocrate plagifère à 47% < XmgO < 60%. la webstérite), l'orthopyroxène contient 87% < En Les minéraux mafiques de l'hornblendite < 89% dans l'orthopyroxénite et 49% < En < 69% leucocrate : augite à 29,21% < Wo < 36,74% et dans la webstérite, le clinopyroxène est à 29% < diopside à 40,20% < Wo < 48,94% sont en Wo < 50% dans l'orthopyroxénite et 49% < Wo < position interstitielle par rapport aux grandes 50% dans la webstérite et le plagioclase contient lattes des plagioclases : labrador à 52% < An < 94% < An < 98%. Les minéraux interstitiels sont 69% et bytownite à 72% < An < 89% et anorthite hornblende verte, trémolite, magnétite et biotite. à 91% < An < 94%, les plus grossiers étant plus Les minéraux de l'enstatite sont pœcilitiques par basiques à 80% < An < 94%. Les prismes de rapport aux rares minéraux d'olivine dans leur petite taille de l'hornblende verte envahissent les habitus circulaire. espaces interstitielles. On note la présence des B - Morphoscopie de la chromite de la restes de digestion par l'hornblende des minéraux région d'Andriamena (à l'Est de Betsiboka) du pyroxène et de couronnes de petits minéraux Deux types morphoscopiques de la chromite de l'hornblende verte autour des minéraux du sont identifiés dans les corps mafiques - pyroxène. L'hornblendite mélanocrate plagifère ultramafiques d'Andriamena, à l'Est du fleuve est filonienne recoupante, à grain fin. Elle Betsiboka. Chaque type morphoscopique a une présente les mêmes caractères texturaux que localisation bien précise dans l'assemblage l'hornblendite plasioclasique leucocrate avec une pétrographique du minerai (la chromitite) et des importance plus prononcée de l'envahissement ultrabasites. Ce sont : la chromite automorphe et interstitiel. L'hornblendite mélanocrate contient un la chromite xénomorphe. grand nombre de minéraux reliquaires a-La chromite automorphe d'orthopyroxène dont hypersthène avec enstatite En = 55%. Au microscope, la chromite automorphe présente trois types de sections toujours éteintes b.2- La sous-zone des ultramafites (figures 3a, 3b, 3c, 3e) : carrée, hexagonale et octogonale. Ces trois sections sont les traces de Cette sous-zone est formée par des péridotites l'intersection du plan de coupe avec le cube (dunite et harzburgite) et des pyroxénites primaire lors de la taille de la lame mince et ce, (orthopyroxénite et webstérite). suivant trois plans différents ; le cube primaire Aucune formation saine de la dunite n'a été ayant subi une troncature aux sommets à la demi rencontrée. Elle a été reconnue par ses formes longueur des arêtes. La section carrée correspond d'altération. Dans la mine de Bemanevika, elle est soit aux faces principales soit à une coupe au comprise pour étant la roche initiale de laquelle niveau de la demi longueur des arêtes. La section s'est développé par altération un sol de couleur octogonale correspond à un passage du plan de ocre très plastique. A l'indice Péridotite Sud, la coupe au - dessus ou au - dessous de la demi présence d'un grand développement de longueur des arêtes. La section hexagonale magnésite avec des minéraux d'inddigsite et de quartz dans un sol ocre très plastique plus ou correspond au passage oblique du plan de coupe. moins rubéfié marque sa présence. La chromite automorphe est disséminée dans l'harzburgite (figures 4a, 3d) où elle constitue un L'harzburgite n'a été rencontrée que dans la continuum minéral : en inclusion de bordure dans mine d'Ankazotaolana. Elle présente deux faciès les cristaux de l'olivine, entre les minéraux de différents par leur granulométrie : l'harzburgite l'olivine, entre l'olivine et l'orthopyroxène, en rubanée à grain fin et l'harzburgite à grain moyen inclusion de bordure de l'orthopyroxène, entre les à grossier. La minéralisation en chromite de minéraux de l'orthopyroxène et parmi les l'harzburgite résulte de l'augmentation de la minéraux de l'intercumulat. Le maximum de la proportion des minéraux de la chromite dans les interstices entre les silicates du cumulat ; la précipitation de la chromite s'est fait après la chromite étant normalement disséminée dans stabilité de l'olivine et avant l'apparition de l'intercumulus. La minéralisation en chromite peut l'orthopyroxène : l'essentiel des minéraux de la chromite (» 60%) sont localisés entre les
MadaGéo13 (ISSN 2074-4587) 35 Mai 2009 Mise en evidence de deux generations de chromite des complexes mafiques - ultramafiques dans la region d'andriamena (a l'est du fleuve betsiboka), centre nord de madagascar minéraux de l'olivine.
Figure 3 : Microphotographie (grossissement 10x) des diverses morphoscopie de la chromite d'Andriamena : (a) : chromite automorphe constituant la chromitite sub-massive en ruban de lharzburgite de la mine d'Ankazotaolana, (b) : chromite automorphe de la chromitite massive en ruban de l'anorthosite de la mine d'Ankazotaolana, (c) : chromite automorphe en ruban des soapstone de l'indice L5b, (d) : chromite automorphe disséminée dans l'intercumulat de lharzburgite de la mine d'Ankazotaolana, (e) : chromite automorphe en position interstitielle dans les rubans de chromitite de l'orthopyroxénite de la mine de Bemanevika, (f) : chromite xénomorphe des fins rubans de chromitite de la diorite de la mine d'Ankazotaolana.
MadaGéo13 (ISSN 2074-4587) 36 Mai 2009 Mise en evidence de deux generations de chromite des complexes mafiques - ultramafiques dans la region d'andriamena (a l'est du fleuve betsiboka), centre nord de madagascar
MgO (XMgO = 100 MgO/(MgO + FeO)) des La chromite automorphe est une des principales figures 5a et 5b et le diagramme binaire Al2O3 vs phases minérales majeures de la chromitite Cr2O3, figures 5c et 5d, dénotent des caractères massive et sub-massive des pyroxénites, des distinctifs, d'une part, de la chromite des anorthosites et des soapstones (figures 4b, 4c, harzburgites à grain fin et d'autre part, de la 4d, 4e). Le silicate majeur de la chromitite sub¬ chromite des zones de bordure dioritique et la massive est amphibole (hornblende) ou pyroxène chromite des niveaux soaptonisés (enstatite) tandis que les minéraux comparativement à la chromite des autres accessoires sont chlorite, talc, phlogopite, calcite. occurrences géologiques des corps ultramafiques. Les minéraux de la chromite sont alors localisés On note alors trois comportements différents : entre ceux de l'amphibole ou du pyroxène. Les interstices entre les cristaux automorphes de - une évolution indifférente de Al2O3 et de Cr2O3 chromite de la chromitite massive sont occupés de la chromite de l'anorthosite, des pyroxénites et par de petits minéraux xénomorphes de chromite de l'harzburgite à grain grossier ; et plus rarement de petits minéraux xénomorphes - avec la diminution des valeurs de XMgO de de talc et de phlogopite. l'harzburgite à grain fin, les concentrations de Al2O3 diminuent tandis que celles de Cr2O3 b-La chromite xénomorphe augmentent ; Les minéraux xénomorphes de la chromite - la chromite de la diorite et des constituent les fins rubans des chromitites sub soapstones présente les mêmes tendances massives de la diorite (figure 3c, 4f). Ils sont d'évolution que celle de l'anorthosite, des généralement de forme étirée et allongée, pyroxénites et de l'harzburgite à grain grossier conforme à l'allongement du rubanement. La sans que ces deux groupes de la chromite ne chromite xénomorphe constitue la phase permettent d'en faire une seule et même pétrogénétique majeure de la chromitite. Les population. interstices sont occupés par de petits minéraux Le caractère distinctif de la chromite de la d'orthopyroxène, de plagioclase (35% < An < diorite et du soapstone est aussi vérifié par le 50%), de phlogopite, d'hornblende verte et de la diagramme FeO vs XMgO (figure 6) qui démontre chlorite. que ces chromites sont riches en FeO.
C - Chimie de la chromite Le dosage systématique, au moyen de traversées à la microsonde électronique des Les tableaux I et II récapitulent les caractères éléments chimiques formant les oxydes chimiques des minéraux de la chromite ainsi que constituants majeurs de la chromite automorphe ses divers modes de minéralisation et les des rubans de chromitite massive des différents types lithologiques encaissants. La pyroxénites, présente une zonation de chromite des rubans de chromitite des zones de composition avec un cœur de rayon variable allant bordure granodioritique et dioritique, la chromite de 0,25 à 0,90 fois la valeur du rayon du minéral de la zone médiane (anorthosite et hornblendite) (figure 7). Des fluctuations des teneurs des ainsi que la chromite des niveaux soapstonisés oxydes constituants majeurs s'apparentent à des ont une concentration significative de fer jusqu'à substitutions isomorphiques se passant entre 0,6 à 0,8 ufa (unité de fraction atomique) avec un Cr2O3 et Fe2O3 puis entre FeO et Fe2O3. Les ratio Cr/Fe = 1,53 pour la chromite des rubans de substitutions isomorphiques sont mises en chromitite de la diorite, Cr/Fe = 2,20 pour la évidence par les allures symétriques des graphes chromite des rubans de l'anorthosite, Cr/Fe varie des valeurs des oxydes le long de la traversée. de 1,56 à 3,72 dans les rubans de chromitite des soapstones. La chromite xénomorphe des fins rubans de chromitite de la diorite et du soapstone, montre La chromite de l'anorthosite ainsi que celle de des teneurs constantes dans les chromites (figure l'orthopyroxénite aux abords du contact avec la 8) : 27 à 30% FeO, 45 à 48% de Cr2O3, zone médiane ont un caractère ferro-magnésien pourcentage inférieur à 3,2% de MgO. avec Fe et Mg , les concentrations étant 04-05 05-04 Le diagramme-test des moteurs de la exprimées en ufa. Leur ratio Cr/Fe variant de 2,5 différenciation magmatique La/Sm vs La (figure à 3,2. La chromite massive et submassive des 9) montre que les différentes formations rubans de chromitite de l'orthopyroxénite est géologiques de l'UA (les ultramafites, les mafites, magnésienne avec Mg = 0,6 ufa et Cr/Fe = 4 alors les orthogneiss divers dont les métabasites) et ce, qu'elle est alumino-ferro-magnésienne dans à l'exclusion des pegmatites, la diorite et le l'harzburgite (Al0,9 Fe0,5 Mg0,5) et le ratio Cr/Fe granodiorite, sont liées entre elles par une varie de 1,2 à 2,98. cristallisation fractionnée. Les pegmatites, la Les divers diagrammes de comportement des diorite et le granodiorite sont par contre liées aux éléments chimiques avec la fraction molaire de ultramafites par une fusion partielle.
MadaGéo13 (ISSN 2074-4587) 37 Mai 2009 Mise en evidence de deux generations de chromite des complexes mafiques - ultramafiques dans la region d'andriamena (a l'est du fleuve betsiboka), centre nord de madagascar
Echantillon 187 ank04-48 BM04-5 BM04-5 Tel04-1 L5b04-3 ANK04-16 ANK04-20 Ank04-9 ANK05-55 Appartenance lithologique Harzburgite Orthopyroxénite Orthopyroxénite Orthopyroxénite Orthopyroxénite Anorthosite Anorthosite Soapstone Diorite Harzburgite SiO2 0,11 0,02 0,02 0,02 0,00 0,03 0,43 0,00 0,00 0,01 TiO2 0,12 0,16 0,19 0,12 0,21 0,17 0,11 0,04 0,09 0,21 A12O3 27,61 22,05 19,43 16,01 15,41 14,65 13,24 15,63 14,98 12,42 Cr2O3 34,37 38,61 45,93 51,45 52,80 52,77 52,13 52,20 45,37 48,92 Fe2O3 calc 7,70 9,17 9,86 4,93 2,84 3,29 2,79 1,90 6,53 5,85 V2O3 0,00 0,11 0,10 0,06 0,19 0,03 0,16 0,06 0,11 0,10 FeO calc 19,49 20,48 5,22 12,60 15,85 17,81 22,39 21,35 27,01 29,82 MnO 0,40 0,34 0,18 0,28 0,29 0,45 0,34 0,31 0,34 0,42 MgO 11,08 9,72 19,56 14,11 12,00 10,53 7,74 8,33 4,31 2,55 ZnO 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,13 0,10 NiO 0,00 0,15 0,01 0,08 0,03 0,11 0,00 0,14 0,00 0,08 Total 100,88 100,82 100,50 99,66 99,61 99,84 99,33 99,95 98,88 100,48
Si 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 Ti 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 Al 0,99 0,81 0,68 0,59 0,58 0,56 0,52 0,60 0,60 0,50 Cr 0,82 0,96 1,08 1,28 1,34 1,35 1,37 1,35 1,22 1,33 Fe3+ 0,18 0,22 0,22 0,12 0,07 0,08 0,07 0,05 0,17 0,15 V 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Fe2+ 0,49 0,54 0,13 0,33 0,42 0,48 0,62 0,58 0,77 0,86 Mn 0,01 0,01 0,00 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 Mg 0,50 0,45 0,87 0,66 0,57 0,51 0,38 0,41 0,22 0,13 Zn 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Ni 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Total 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00
XMgO 36,25 32,19 78,95 52,83 43,09 37,16 25,69 28,07 13,76 7,88 XCr 45,51 54,02 61,33 68,31 69,68 70,73 72,54 69,14 67,02 72,54 Xfe 49,67 54,17 13,02 33,38 42,56 48,68 61,87 58,98 77,86 86,77
Tableau I : Analyses représentatives à la microsonde électronique de la chromite
MadaGéo13 (ISSN 2074-4587) 38 Mai 2009 Mise en evidence de deux generations de chromite des complexes mafiques - ultramafiques dans la region d'andriamena (a l'est du fleuve betsiboka), centre nord de madagascar
Figure 4 : Différents types de minerai de chromite de la région d'Andriamena (à l'Est de Betsiboka) : (a) : chromite disséminée interstitielle (partie supérieure de la photographie) et minerai sub-massif (partie inférieure de la photographie) de la mine d'Ankazotaolana ; (b) : chromitite massive interstratifiée entre lharzburgite et lhornblendite plagioclasique de la mine d'Ankazotaolana ; (c) : mince ruban de chromitite dans une anorthosite de la mine d'Ankazotaolana ; (d) et (e) : chromitite rubanée associée au soapstone de l'indice F1 (Telomita) et de l'indice L5b (Brieville)
MadaGéo13 (ISSN 2074-4587) 39 Mai 2009 Mise en evidence de deux generations de chromite des complexes mafiques - ultramafiques dans la region d'andriamena (a l'est du fleuve betsiboka), centre nord de madagascar
Lithologie(mode de Morphoscopie des Silicates associés Formule structurale End members minéralisa-tion de la minéraux chromite) Diorite (fin rubanement) xénomorphe Pgio (36 Tableau II : Récapitulatif des caractéristiques chimiques des minéraux de la chromite des diverses occurrences de minéralisation Chr : chromite (FeO,Cr2O3) - Pgio : plagioclase - Calc : calcite Her : Hercynite (FeO,Al2O3) - Hb : hornblende verte Phlogo : phlogopite - MgChr : magnésiochromite (FeO,Al203) Chl : chlorite - Opx : orthopyroxène - Ol : olivine - Serp : serpentine MadaGéo13 (ISSN 2074-4587) 40 Mai 2009 Mise en évidence de deux générations de chromite des complexes mafiques - ultramafiques dans la région d'andriamena (a l'est du fleuve betsiboka), centre nord de madagascar Figure 5 : (a) et (b) : Al2O3 et Cr2O3 en fonction de l'indicateur XMgO des chromites de la région d'Andriamena. (c) et (d) : Relation de corrélation entre les teneurs de Al2O3 et Cr2O3 des minéraux de la chromite des diverses formations porteuses de la minéralisation. La flèche indique le sens de l'évolution magmatique. BO VI XMgO 35 4-Ooa|Btoie •S) •s- D b rt .;-H ûi rcfii t 25 ji A inrbni fe • pypoieilfc 15 i. Hardiirçjt Sgiait lO * rùrzùirgfe agiali 5 • 0 20 10 60 100 XMgO Figure 6 : Diagramme FeO vs XMgO montrant deux populations (1/. diorite, soapstone ; 2/pyroxénite, harzburgite et anorthosite) MadaGéo13 (ISSN 2074-4587) 41 Mai 2009 Mise en evidence de deux generations de chromite des complexes mafiques - ultramafiques dans la region d'andriamena (a l'est du fleuve betsiboka), centre nord de madagascar Figure 7 : Evolution des teneurs en les oxydes constituants majeurs de la chromite automorphe des rubans de chromitite massive des pyroxénites Figure 8 : Evolution des teneurs en les oxydes constituants majeurs de la chromite xénomorphes des fins rubanements de chromitite de la diorite MadaGéo13 (ISSN 2074-4587) 42 Mai 2009 Mise en evidence de deux generations de chromite des complexes mafiques - ultramafiques dans la region d'andriamena (a l'est du fleuve betsiboka), centre nord de madagascar La/Sm vs La La (ppm) • Gneiss divers • Ultramafite o Diorite • Granodiorite x Pegmatite Figure 9 : Diagramme La/Sm vs La sur lequel sont projetées les diverses formations géologiques constituant l'UA : les ultramafites, les divers gneiss et les liquides métamorphiques (pegmatite et leucosomes) Figure 10 : Accumulation des minéraux mafiques - ultramafiques aux charnières des plis associés à D2 . la chromite localisée entre les silicates mafiques Discussions des ultramafites. Le mode massif de la chromite A- Mise en évidence des différents ,. ., . . .• ...... ? L Z . J , résulte d'un rubanement magmatique irrégulier du types de chromite à partir de la composition , „ .. . . , . 3. , „ , . . chimique des spinelles à l'admission de la chromite dans le cumulat. Les chimique des spinelles contacts entre les formations géologiques sont Concernant la formation des différents modes de francs et nets gisement de la chromitite, le mode submassif . s e r a it d u à u n ru b a n e me nt m a gm a tiq u e r és u lt a n t d 'u n e a ug m e nta ti o n d e la pr op o rtio n d e l a p h a s e Trois événements tectono-métamorphiques d ' u n e a u g m e n ta ti o n d e la p r o p o r ti o n d e la p h a s e i n t e r sti ti el le p a r u n e p l u s gr a n d e c o n c e ntr ati o n d e consécutifs sont identifiés dans la région [6] [9]. interstitielle par une plus grande concentration de Chaque événement a son magmatisme associé: MadaGéo13 (ISSN 2074-4587) 43 Mai 2009 Mise en evidence de deux generations de chromite des complexes mafiques - ultramafiques dans la region d'andriamena (a l'est du fleuve betsiboka), centre nord de madagascar événement à Ultra Haute Température (UHT) à faites dans les conditions UHT ou au moins dans 1050C/10 kbars au 2,5 Ga, événement celles du faciès granulite. correspondant à un faciès granulite à 850- Le rubanement massif et submassif de chromitite 900C/7 kbars au 800 Ma, et événement à chromite automorphe se développe au sein des correspondant à un faciès amphibolite à 650- pyroxénites, des harzburgites, des anorthosites et 700C/5-6 kbars au 530 Ma. des soapstones. Le fin rubanement submassif de La chimie des minéraux de la chromite (tableaux I chromitite à chromite xénomorphe se forme au et II) dégage trois évolutions des éléments sein de la diorite. Deux générations de chromite chimiques, manifestations des filiations des sont ainsi associées à deux différentes lignées de roches porteuses de la minéralisation en chromite. roches porteuses : les ultramafites affectées par le Ces évolutions sont (figure 5a et 5b) : métamorphisme postérieur au 800 Ma et la diorite - les pyroxénites, l'harzburgite à grain formée pendant la même phase. grossier et l'anorthosite ; B- Structuration interne des complexes - l'harzburgites à grain fin ; mafiques - ultramagiques - les soapstones et la diorite. Les déformations D1 sont caractérisées par un Les résultats du dosage des oxydes constituants raccourcissement vertical responsable d'un majeurs de la chromite au moyen de traversées et plissement antérieur ; les plans axiaux courbe de tendance du diagramme FeO = subhorizontaux sont de direction NE-SW (Az. = f(XMgO) (figure 6) ont permis de définir deux 310 / 30) et les axes des plis sont de direction 240 formes cristallines correspondant à deux / 28. Ces déformations seraient associées à l'UHT générations de la chromite en tenant compte du de 2500 - 2450 Ma [10]. La reconcentration des comportement de ces oxydes constituants minéraux mafiques (les péridots et les pyroxènes) majeurs. et des minéraux associés dont la chromite au niveau des charnières des plis se serait faite à La première génération est celle de la chromite cette époque et ce, par dépôt gravitaire. Les automorphe des niveaux massifs et submassifs déformations D1 auraient été responsables de (figure 7), elle présente une zone de bordure l'épaississement des charnières des plis d'importantes fluctuations des teneurs des oxydes horizontaux où les ultramafites se seraient constituants majeurs et une zone de cœur où les concentrées. teneurs de ces oxydes sont constantes. La zone de bordure rendrait alors compte des effets de la Les déformations D2 associées à l'événement de remobilisation cationique due au métamorphisme 800 Ma seraient responsables d'un du 800 Ma, ce qui a permis la conservation d'une raccourcissement horizontal E-W. Ce zone résiduelle de cœur dont la chimie serait celle raccourcissement a généré d'une part une du minéral initial. La chromite serait magmatique verticalisation généralisée des couches, et d'autre et elle serait associée au complexe magmatique part d'un replissement de plan axial vertical rubané archéen puis affectée par les événements reprenant les plis de D1 [10]. Les déformations D2 orogéniques (2,5 Ga) et tectono - métamorphique auraient replissé l'UA et auraient été responsables (800 Ma) ultérieurs. La chromitite définit le du boudinage des ultramafites qui s'alignent alors rubanement des ultramafites par suite de en chapelets conformes aux dispositions l'admission de la chromite dans le cumulat sauf structurales (figure 1). pour le cas de la chromite de l'harzburgite qui D2 ont été prolongées par des déformations D3 présente un continuum indiquant ainsi son accès auxquelles est associée un intense cisaillement aux divers sites de la texture de la roche et au senestre, responsable d'un boudinage généralisé cours des différentes étapes de la phase affectant les ultramafites aux charnières des plis pétrogénétique de l'harzburgite. de D1 et aboutissant à une foliation pénétrative qui a transposé la foliation antérieure (figure 10). Les La deuxième génération est celle de la chromite déformations D3 qui ont opéré par cisaillement xénomorphe de la diorite. Les teneurs des oxydes vertical senestre régional, auraient été constituants majeurs y sont constantes, aucune responsables de la structure en torsade des zonation ne peut être dégagée. La constance des lentilles ultramafiques et aussi de leur teneurs des oxydes constituants majeurs de la verticalisation. Par dépôt gravitaire, les chromitites chromite de la diorite (figure 8) vient du fait que la massives se trouvent au cœur du boudinage. La diorite serait un produit de fusion des ultramafites teneur en chromite diminue de l'intérieur vers au cours de l'événement du 800 Ma (figure 9). l'extérieur, la chromitite à chromite disséminée se En raison du caractère réfractaire de la chromite trouve dans la zone de bordure du boudin. Le et des ultramafites, la constitution du liquide boudinage interne est à associer à la déformation magmatique à partir de la fusion des ultramafites D3. Du fait que l'excavation de la mine de et la recristallisation de la chromite se seraient Bemanevika se trouve encore dans la partie MadaGéo13 (ISSN 2074-4587) 44 Mai 2009 Mise en evidence de deux generations de chromite des complexes mafiques - ultramafiques dans la region d'andriamena (a l'est du fleuve betsiboka), centre nord de madagascar latéritisée, la chromitite y dégage mieux sa R42-43, OP-44, Rapp. BRGM TAN67-A10 structuration sous forme de bancs fragmentés. [2] Bertucat, M., 1966, Etude géologique et prospection au 1/100 000 des feuilles de Cette succession de déformations tectoniques Tsiandrarafa, Londokomanana (O-43), explique l'agencement en torsade des ultramafites Andriamena (P-43), Ampandrana (Q-43), Rapp. formant l'essentiel des corps ultramafiques. La BM TAN66-A 30 formation de la diorite et du granodiorite, qui [3] Bertucat, M., 1967, Roches basiques et enrobent le corps ultramafiques d'une manière ultrabasiques dAndilamena, Andriamena et continue, ne peut alors être que postérieure à la Marolambo et leur minéralisation, Rapp. BRGM disposition en torsade des ultramafites et des TAN67-A/12 mafites. En d'autres termes la pseudo-zonation [4] Martel - Jantin, Johan, Z., B., Augé, T., des corps ultramafiques s'était formée en deux Ohnenstetter, M., 1988, Convention platinoïdes étapes : la première est de nature tectonique, et substances connexes. Mission platinoïdes responsable d'un nouvel agencement des roches Andriamena, Rapport technique de la mission en torsade mettant les ultramafites au cœur du 1987, BRGM Rapport 88 MDG 018 boudin ; la deuxième semble de nature [5] Rakotomanana, D., 1996, Potentiel métamorphique, à l'origine de l'individualisation de métallogénique des complexes mafiques - la diorite en bordure du boudin. ultramafiques de Madagascar, Thèse, INPL/CRPG, p.243 Remerciements : [6] Ratefiarimino A., Ohnenestetter M., Rakotomanana D., Rasolomanana E., 2008, La - Au Projet de Gouvernance des Ressources chromite d'Andriamena, Actes du symposium sur Minérales qui a financé les recherches et à la géologie et la métallogénie de Madagascar Monsieur Jonasy RAMAROLAHY, son [7] Collins, A., Windley, B.F.,2002, The tectonic Coordonnateur ; evolution of central and northern Madagascar and - Au Centre de Recherche Pétrographique et its place in final assembly of Gondwana, Géochimique (CRPG) de Nancy pour m'avoir Journ.Geol. 110, pp. 325-339 accepté en stage de laboratoire et pour avoir [8] Key R.M., Pitfield P.E.J., Smith R;A., 2008, assurer l'encadrement scientifique de la recherche Autochthonous Neoarchaean rocks in the Central ainsi que la réalisation des analyses diverses dont Antananarivo Domain (Zone B and D), Actes du les analyses chimiques des roches qui ont été symposium sur la géologie et la métallogénie de faites au Service d'Analyse des Roches et des Madagascar Minéraux ; [9] Roïg J.Y., Delor C., Le Goff E., Bosch D., Martelet G., Tourlière B., Chevrel S., Monié P., - Au Service des Laboratoires des Mines du Randrianandraisana A., Ralaivaohitadiana V., Ministère de l'Energie et des Mines pour la 2008, Zone D-Sud. Actualisation de la réalisation des travaux de préparation des cartographie géologique de la région échantillons ; d'Andriamena (Centre Nord Madagascar), Actes - Au Laboratoire de Microanalyse de l'Université du symposium sur la géologie et la métallogénie de Nancy I pour la réalisation des analyses à la de Madagascar microsonde électronique et au microscope [10] Gonçalvès, P., 2002, Pétrologie et électronique à balayage ; Géochronologie des granulites de Ultra-hautes températures de l'unité basique d'Andriamena - Au Docteur Maryse OHNENSTETTER, Directeur (Centre-Nord Madagascar), Thèse, Université de Recherche au CRPG, pour ses orientations et Blaise Pascal, p.319 son encadrement ; [11] Irvine, T.N., 1965, Chromian spinel as a - Au Docteur Daniel OHNENSTETTER, Chargé petrogenetic indicator, 1, Theory. Canadian de Recherche au CRPG, pour ses conseils. journal of earth Sciences, V.2, p.648 - 672 [12] Nelson, S.A., 2004, Magmatic differentiation, Références : Petrology, EENS 212, Tulane University [1] Jourde, G., 1966, Etude géologique et prospection au 1/100 000 des feuilles OPQ-41, MadaGéo13 (ISSN 2074-4587) 45 Mai 2009