Interaction magma – sédiments dans les grandes provinces volcaniques : implications pour la formation de gisements et impact sur l'environnement

The objective of my thesis was to investigate the interaction between mafic magmas and their sedimentary wall-rock.Chapter 1 is a short review of the effects of wall-rock assimilation on magma compositions and of the intrusion of magma on the texture and composition of the wall rocks (contact metamorphism). It is recalled that the interaction of magmas with sedimentary wallrocks is often associated with ore formation and possible effects on the environment are also discussed.Chapter 2, a paper in English now accepted for publication in Mineralium Deposita, provides a description of the contact aureoles around the Panzhihua intrusion in China and a new explanation for the formation of its iitanomagnetite deposits.Chapter 3 focuses on the formation of marbles and skarns in the Panzhihua contact aureole. Trace element and isotopic data provide explanations for this process: most of the lithologies formed in a “closed-system” for the major and trace elements. However the aureole was largely decarbonated and hydrated, which implies large fluid flow. A brucite marble adjacent to the Panzhihua intrusion shows evidence of partial melting (~20%) and a skarn (zebra-rock) shows evidence of complex diffusive interaction between dolerite and dolostone.Chapter 4 is related to our work on a second contact aureole, around the Aguablanca magmatic sulfide deposits in Spain. The intrusion was emplaced in limestone and fine-grained clastic sediments. The chemical composition of the rocks from the intrusion shows evidence of assimilation of carbonates. This could have changed the fO2 of the magma and may be linked to the formation of the sulfide deposit. I performed a simple modeling and calculated the chemical composition of the protolith from the composition of the skarns. I then showed that the formation of calcsilicates from impure limestones releases more CO2 than the simple heating of pure limestone.Chapter 5, a manuscript in English to be submitted for publication in the journal Geology, provides a review of the consequences on the environment of the formation of a large igneous province (LIP). We show that there is no clear link between the volume of emitted basalts and the intensity of mass extinctions and propose that contact metamorphism of sedimentary rocks in the magmatic plumbing of the LIP is the main source of gas. The impact of a LIP on the environment and the intensity of associated mass extinctions may be related to the types of intruded rocks rather than to the volume of the lava.L'objectif principal de cette thèse est de décrire les quelques conséquences importantes de l'interaction d'un magma basique avec les sédiments qui forment son encaissant.La première partie du manuscrit rappelle quelques résultats intéressants sur l'influence d'un encaissant sur un magma (assimilation d'encaissant par un magma) et sur l'influence de l'écoulement d'un magma sur l'encaissant (métamorphisme de contact). Cette partie rappelle également comment et pourquoi l'interaction entre les magmas et les roches sédimentaires de l'encaissant est souvent à la base de formation de gisements de métaux.La deuxième partie apporte une nouvelle explication à la formation du gisement de magnétite titanifère de Panzhihua. Cette intrusion basique s'est mise en place dans des dolomies. Les dolomies métamorphisées ont émis une grande masse de CO2 qui a contaminé le magma et augmenté sa fugacité en oxygène. La magnétite a cristallisé précocement dans ce magma à forte fugacité en oxygène. Elle a subi une ségrégation par densité et s'est accumulée en fond de chambre magmatique.Cette partie est en anglais. Elle a fait l'objet d'un article (in press) dans la revue Mineralium Deposita.La troisième partie propose une étude plus détaillée des lithologies de l'auréole de contact de Panzhihua. Des données isotopiques nous permettent d'expliquer la formation des principaux types de skarns rencontrés dans l'auréole de contact. L'essentiel de l'auréole a constitué un système fermé vis-à-vis des éléments majeurs et traces. D'importants flux de CO2 (lors de la décarbonatation) puis d'eau (lors de l'hydratation) ont cependant traversé l'auréole de contact. Un échantillon de marbre à brucite montre des indices de fusion partielle (~20%). Un échantillon de skarn (zebra-rock) présente des indices de mélange chimique entre le magma et la dolomie.La quatrième partie présente les résultats de l'étude d'une seconde auréole de contact, associée au gisement de sulfures de Ni-Cu magmatique d'Aguablanca (Espagne). L'intrusion d'Aguablanca s'est mise en place dans des calcaires argileux. Sa composition chimique montre des indices d'incorporation d'encaissant carbonaté. En modifiant la fugacité en oxygène du magma, l'incorporation de carbonates pourrait être impliqué dans la formation de ce gisement de Ni-Cu. Un modèle simple nous a permis de calculer la composition chimique des protolithes à partir des compositions chimiques des marbres, skarns et hornfels de l'auréole de contact. Nous avons ainsi pu montrer que les calcaires les plus purs sont également ceux qui libèrent le moins de CO2. La présence d'argiles dans les calcaires « impurs » permet diverses réactions de formation de silicates qui libèrent du CO2 lors du métamorphisme.Dans la cinquième partie, nous rappelons la coïncidence temporelle entre la mise en place des grandes provinces magmatiques et les crises de la biosphère. Nous expliquons l'absence de relation de proportionnalité entrele volume de lave émis et l'intensité des crises et montrons que les sédiments sont les principales sources de gaz lors de la mise en place des grandes provinces magmatiques. L'intensité des crises dépend plus de la nature des roches dans lesquelles les trapps se mettent en place que du volume de lave émis.Cette partie comporte une section en anglais, préparée pour être soumise à Geology