GABOREAU Stéphane Titre : Les Sulfates Phosphates D'aluminium Hydratés (APS) Dans L'environnement Des Gisements D'uraniu
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
GABOREAU Stéphane Titre : Les sulfates phosphates d’aluminium hydratés (APS) dans l’environnement des gisements d’uranium associés à une discordance protérozoïque : caractérisation cristallochimique et signification pétrogénétique Laboratoire : HYDRASA UMR 6532 Directeurs de thèse : D. BEAUFORT et P. VIEILLARD Date de soutenance : 16/11/05 Table des matières TABLE DES MATIERES INTRODUCTION 13 PRÉSENTATION DU MÉMOIRE DE THÈSE 15 LES SULFATES PHOSPHATES D’ALUMINIUM 17 GÉNÉRALITÉS 17 FORMATION ET STABILITÉ 18 CLASSIFICATION 18 PROPRIÉTÉS CRISTALLOGRAPHIQUES 20 LES GISEMENTS D’URANIUM ASSOCIÉS À UNE DISCORDANCE PROTÉROZOÏQUE 25 GÉNÉRALITÉS 25 LES MODÈLES DE GENÈSE 27 PARTIE I 33 LES SULFATES PHOSPHATES D’ALUMINIUM DANS L’ENVIRONNEMENT DES GISEMENTS D’URANIUM ASSOCIÉS À DISCORDANCE PROTÉROZOÏQUE 33 INTRODUCTION 33 1 Table des matières CHAPITRE 1 37 ABSTRACT 38 INTRODUCTION 39 REGIONAL GEOLOGICAL SETTING 40 SAMPLING 41 METHODS 42 RESULTS 43 PETROGRAPHIC RESULTS 43 Petrographic relationships between APS and hydrothermal clay phases 43 Petrographic relationships between APS and other phosphate minerals 46 CHEMICAL RESULTS 50 INTERPRETATION 51 CRYSTAL CHEMISTRY OF APS MINERALS 51 SOURCE MATERIAL FOR APS MINERALS IN THE EARUF 54 APS MINERALS: MARKERS OF THERMODYNAMIC CONDITIONS 57 CONCLUDING REMARKS 59 REFERENCES 60 CHAPITRE 2 65 ABSTRACT 66 INTRODUCTION 67 REGIONAL GEOLOGICAL SETTING 69 SAMPLING 71 METHODS 72 PETROGRAPHIC RESULTS 73 RELATIONSHIPS BETWEEN APS MINERALS AND CLAY ALTERATION 74 RELATIONSHIPS BETWEEN APS MINERALS AND OTHER ACCESSORY MINERALS 81 CHEMICAL RESULTS 82 DISCUSSION 85 CRYSTAL CHEMICAL VARIATIONS OF APS MINERALS 85 SOURCE MATERIAL FOR APS MINERALS 88 CONCLUDING REMARKS 90 REFERENCES 93 2 Table des matières PARTIE II 99 MODÉLISATIONS THERMODYNAMIQUES DES PARAGENÈSES MINÉRALES APS- ARGILES AUTOUR DES GISEMENTS D’URANIUM ASSOCIÉS À UNE DISCORDANCE PROTÉROZOÏQUE 99 INTRODUCTION 99 CHAPITRE 3 103 ABSTRACT 104 INTRODUCTION 105 METHODOLOGY 106 = Z+ DEFINITIONS OF PARAMETERS ∆GO M (AQ) AND ∆G°F,OX 106 INVENTORY AND SELECTION OF ∆G°F OF MINERALS BELONGING TO THE ALUNITE SUPERGROUP.108 = Z+ RELATIONSHIPS BETWEEN ∆G°F,OX AND ∆GO M (AQ)110 = RELATIONSHIPS BETWEEN ∆G°F,OX AND ∆GO MZ+(C)114 RESULTS 118 MINIMIZATION 118 DISCUSSION 119 ACCURACY OF THE MODEL.119 PREDICTION OF GIBBS FREE ENERGIES OF UNCOMMON MINERALS OF THE ALUNITE SUPERGROUP.120 CONCLUSIONS 123 REFERENCES 125 CHAPITRE 4 129 ABSTRACT 130 INTRODUCTION 131 ALTERATION PATTERNS IN UNCONFORMITY-TYPE DEPOSITS 133 CONCEPTUAL APPROACH AND COMPUTER PROGRAM 139 CONSTRAINTS ON THE INTENSIVE VARIABLES OF THE ALTERATION SYSTEM 140 THERMODYNAMIC DATA 142 AQUEOUS AND MINERALS DATA 142 RESULTS 145 3 Table des matières EARLY ALTERATION PROCESS 145 SYNORE ALTERATION PROCESS 146 Quartz mica-schist 148 Felsic gneiss 150 DISCUSSION 152 CONCLUDING REMARKS 156 REFERENCES 157 CONCLUSIONS GÉNÉRALES 163 FORMATION DES SULFATES PHOSPHATES D’ALUMINIUM 163 TRANSITION SVANBERGITE-FLORENCITE 164 LES PRINCIPAUX FACTEURS QUI CONTRÔLENT LA TRANSITION SVANBERGITE-FLORENCITE AUTOUR DES GISEMENTS ASSOCIÉS À UNE DISCORDANCE PROTÉROZOÏQUE 165 PEUT ON UTILISER LA TRANSITION SVANBERGITE-FLORENCITE COMME MARQUEUR DE PALÉOCONDITIONS DANS LES GISEMENTS 166 PERSPECTIVES 166 BIBLIOGRAPHIE 169 ANNEXES ANALYTIQUES 175 4 Liste des tableaux LISTE DES TABLEAUX Tableau 1. Classification des minéraux du groupe de l’alunite (Jambor, 1999). __________ 19 Tableau 2. Classification des minéraux du groupe de la beudantite (Jambor, 1999)._______ 20 Tableau 3. Classification des minéraux du groupe de la crandallite (modifiée à partir de Jambor, 1999) ___________________________________________________________ 21 Tableau 4. Etude de diffraction de rayons X sur monocristaux des APS du supergroupe de l’alunite – jarosite (Jambor, 1999) ___________________________________________ 22 Tableau 5. Principaux gisements d'uranium associés à une discordance protérozoïque (Canada) _______________________________________________________________ 28 Tableau 6. Principaux gisements d'uranium associés à une discordance protérozoïque (Australie)______________________________________________________________ 29 Tableau 7. Petrologic observations of the different samples associated to unconformity-type uranium deposits in the East Alligator River Uranium Field. ______________________ 42 Tableau 8. Microprobe analysis and structural formulae of representative APS minerals associated with unconformity-type uranium deposits in the East Alligator River Uranium Field.__________________________________________________________________ 49 Tableau 9. Thermodynamic values at 25°C of some minerals of the alunite supergroup____ 58 Tableau 10. Solubility products of dissolution reactions at 25, 200°C and 500 bars of the APS minerals ___________________________________________________________ 58 Tableau 11. Petrologic observations of the different samples associated to unconformity- type uranium deposits in the Athabasca Basin. _________________________________ 71 Tableau 12. Results of electron microprobe analyses and structural formulas of APS minerals associated with unconformity-type uranium deposits in the Athabasca basin, Canada ________________________________________________________________ 83 5 Liste des tableaux Tableau 13. Gibbs free energies of formation of oxides and ions, and calculated parameters = Z+ ∆GO M (aq) of selected cations. __________________________________________ 107 Tableau 14. Values of solubility products and Gibbs free energy of formation of minerals + + + + + 2+ 2+ (K , Na , NH4 , Ag , H3O , Pb , Sr ) analog to jarosite. _______________________ 108 Tableau 15. Values of solubility products and Gibbs free energy of formation of phosphates and arsenates minerals.___________________________________________________ 110 Tableau 16. Chemical composition and selected, calculated and predicted Gibbs free energies of formation at 298K of some minerals of the alunite supergroup. __________ 112 Tableau 17. General equation of Gibbs free energy of formation from the oxides of alunite KAl3(SO4)2(OH)6._______________________________________________________ 118 Tableau 18. General equation of Gibbs free energy of formation from the oxides of crandallite CaAl3(PO4)2(OH)5H2O. _________________________________________ 118 = Z+ Tableau 19. Values of parameter ∆GO M (c) obtained by minimization. _____________ 120 Tableau 20. Selected and predicted Gibbs free energies of formation of some minerals of the alunite supergroup. ______________________________________________________ 122 Tableau 21. Predicted Gibbs free energies of formation of some minerals of the alunite supergroup. ____________________________________________________________ 123 Tableau 22. Detailed computation of ∆G°f,ox of hinsdalite. _________________________ 124 Tableau 23. Detailed computation of ∆G°f,ox of hydronium jarosite. __________________ 124 Tableau 24. Average structural formulae of the three main populations of APS used in this work._________________________________________________________________ 138 Tableau 25. Chemical composition of the initial fluid (200°C, 600 bars). ______________ 141 Tableau 26. Molar composition of a quartz mica schist in the synore alteration process___ 142 Tableau 27. Molar composition of a felsic gneiss in the synore alteration process _______ 142 Tableau 28. Ce, Sr, P aqueous species, equations of dissociation and dissociation constants used in KINDISP._______________________________________________________ 143 Tableau 29. Thermodynamic data for phosphate minerals __________________________ 144 Tableau 30. Molar composition of a sandstone in the early diagenetic process. _________ 145 Tableau 31. Chemical composition of the sandstone derived fluid. ___________________ 148 Tableau 32. Analyses chimiques et formules structurales des APS des zones qualifiées de ‘distales’ de la région de Pine Creek (EARUF, Australie). _______________________ 175 Tableau 33. Analyses chimiques et formules structurales des APS des zones qualifiées ‘d’intermediate’ de la région de Pine Creek (EARUF, Australie). _________________ 176 6 Liste des tableaux Tableau 34. Analyses chimiques et formules structurales des APS des zones qualifiées ‘de proximal’ de la région de Pine Creek (EARUF, Australie)._______________________ 177 Tableau 35. Analyses chimiques et formules structurales des APS des zones qualifiées ‘de proximal’ de la région de Pine Creek (EARUF, Australie)._______________________ 178 Tableau 36. Analyses chimiques et formules structurales des APS des zones qualifiées de ‘distal’ du bassin d’Athabasca (Canada). _____________________________________ 179 Tableau 37. Analyses chimiques et formules structurales des APS des zones qualifiées de ‘distal’ du bassin d’Athabasca (Canada). _____________________________________ 180 Tableau 38. Analyses chimiques et formules structurales des APS des zones qualifiées ‘d’intermediate’ du bassin d’Athabasca (Canada). _____________________________ 181 Tableau 39. Analyses chimiques et formules structurales des APS des zones qualifiées de ‘proximale’ du bassin d’Athabasca (Canada). _________________________________ 182 Tableau 40. Analyses chimiques et formules structurales des APS des zones qualifiées de ‘proximale’ du bassin d’Athabasca (Canada). _________________________________ 183 7 Liste des figures LISTE DES FIGURES Figure 1. La structure de l’alunite, vu parallèle à l’axe a.____________________________ 23 Figure 2. Assemblage des continents à environ 900 Ma montrant la position des principaux gisements d'uranium