Novembre 2011    Imprimer cet article

Nouveaux résultats d'analyse de sédiments de lacs suivant une dissolution par quatre acides dans la Province de Churchill : implications pour l'exploration

Charles Maurice,
Ministère des Ressources naturelles et de la Faune (MRNF)

Mise en contexte

Le ministère des Ressources naturelles et de la Faune du Québec annonce la publication de nouvelles données géochimiques de sédiments de lacs provenant de la réanalyse d’échantillons d’archives suivant une dissolution presque totale par quatre acides. Ce projet a été lancé à la suite de l’intérêt accru pour l’exploration des éléments des terres rares (lanthanides) et autres métaux rares (Zr-Y-Nb-Be) associés aux granitoïdes hyperalcalins de la Province géologique de Churchill (figure 1). La région couverte par le levé Rivière George1 compte au moins trois gîtes minéralisés en terres rares et métaux rares, soit ceux de Strange Lake-Lac Brisson, Lac Misery et Ytterby 2 (Salvi et Williams-Jones, 2006; Petrella, 2011).

L’objectif de ce projet est de comparer les résultats analytiques suivant une dissolution partielle à l’eau régale à ceux provenant d’une dissolution presque totale par quatre acides.

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Figure 1 : Localisation du levé Rivière George et des indices de terres rares et métaux rares dans la Province géologique de Churchill.

Cette comparaison contribuera notamment à identifier et distinguer les signatures chimiques environnementales de celles du socle rocheux. Puisque certains des minéraux contenant les minéralisations en terres rares et métaux rares sont réfractaires (p. ex. zircon, pyrochlore, monazite, xénotime), la signature de telles minéralisations dans les sédiments de lacs pourra aussi être éventuellement rehaussée.

Méthodes analytiques

Les échantillons de sédiments de lacs du levé Rivière George avaient été réanalysés par la méthode ICP-MS (Maurice et Labbé, 2009) suivant une dissolution partielle à l’eau régale2, le type de dissolution normalement employé pour les sédiments de lacs au Québec. Les données accessibles dès aujourd’hui3 ont aussi été obtenues par la méthode ICP-MS au même laboratoire (ACMELabs, Vancouver), mais les échantillons ont quant à eux été préparés suivant une dissolution presque totale, à chaud et utilisant quatre acides (nitrique, perchlorique, fluorhydrique et chlorhydrique). Les résultats se rapprochent donc des contenus totaux pour plusieurs des éléments analysés, à l’exception des échantillons pouvant contenir des phases très résistantes telles que la barite (Ba), la cassitérite (Sn), la chromite (Cr), la monazite (La, Ce, Nd), la titanite (Ti), le xénotime (Y) ou le zircon (Zr). Sur les 1902 échantillons que comptait initialement le levé Rivière George, 1865 ont fait l’objet d’analyses par l’intermédiaire des deux méthodes de dissolution. De plus, les nouveaux résultats contiennent les données analytiques pour l’ensemble des éléments des terres rares, alors que les données acquises en 2009 ne contenaient que les éléments La, Ce et Y.

La dissolution des échantillons par quatre acides peut entraîner un dégagement de fumée accompagnant une volatilisation des éléments arsenic, antimoine et or, de telle sorte que des concentrations plus basses que les contenus réels peuvent être obtenues. À moins que l’analyse de ces trois éléments soit jugée superflue, cette particularité fait en sorte qu’une dissolution par quatre acides ne peut pas être utilisée de manière routinière.

Résultats préliminaires

Les coefficients de corrélation de rang4 pour les 41 éléments analysés à l’aide des deux méthodes de dissolution ont été calculés (tableau 1). Près de la moitié des éléments montre des coefficients de plus de 0,80 témoignant d’une excellente correspondance entre les deux méthodes. Parmi ces éléments se trouvent des métaux de transition soit le cuivre (Cu; 0,98), le molybdène (Mo; 0,99) et le zinc (Zn; 0,94) pour lesquels une dissolution presque totale ne semble avoir aucune incidence. De façon similaire, des éléments des terres rares légères soit le lanthane (La; 0,97) et le cérium (Ce; 0,96) montrent des coefficients de corrélation très élevés (figure 2a). L’yttrium (Y), élément chimiquement proche des éléments des terres rares lourdes, possède quant à lui un coefficient de corrélation relativement élevé de 0,85. Puisque les échantillons anomaux obtenus au moyen des deux méthodes de dissolution sont les mêmes, l’utilisation d’une dissolution presque totale pour l’exploration de plusieurs métaux et des éléments des terres rares ne semble pas justifiée.

Métaux alcalino-terreux

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Métaux de transition

Ba

0,20

Ag

0,93

Be

0,35

Cd

0,88

Ca

0,10

Co

0,86

Mg

0,77

Cr

0,71

Sr

-0,56

Cu

0,98

Lanthanides

Fe

0,85

Ce

0,96

Hf

0,40

La

0,97

Mn

0,75

Métaux pauvres

Mo

0,99

Al

0,07

Nb

0,50

Bi

0,81

Ni

0,87

Ga

0,58

Sc

0,47

Pb

0,65

Ti

0,73

Sb

0,72

V

0,71

Sn

0,75

W

0,83

Actinides

y

0,85

Th

0,77

Zn

0,94

U

0,99

Zr

0,41

Métaux alcalins

Non-Métaux

Cs

0,98

As

0,38

K

0,64

P

0,96

Li

0,97

S

0,99

Na

0,36

 

 

Rb

0,83

 

 

Tableau 1 : Cœfficients de corrélation de rang pour les éléments analysés à l'aide des deux méthodes de dissolution. Les séries chimiques du tableau périodique des éléments ont été utilisées pour grouper les résultats. Les éléments majeurs sont ici représentés en gras-italique.

Plus du quart des éléments chimiques analysés montre néanmoins des coefficients de corrélation plus bas que 0,60, le strontium (Sr) ayant même une corrélation négative de -0,56 (tableau 1). Dans ces cas, les résultats des deux méthodes de dissolution ont des significations différentes, car les échantillons anomaux obtenus à l’aide d’une dissolution partielle sont souvent différents de ceux obtenus à l’aide d’une dissolution presque totale (figures 2b, 2c et 2d). L’utilisation des résultats d’analyse provenant d’une dissolution partielle de tels éléments devrait donc être prise avec précaution dans l’élaboration de modèles d’exploration.

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Figure 2 : Diagrammes montrant les concentrations provenant d'analyses ICP-MS des éléments cérium (a), niobium (b), aluminium (c) et titane (d), à la suite des dissolutions partielles à l'eau régale et presque totales par quatre acides. Les lignes tracées sur les figures c) et d) représentent les taux de dissolution de l'aluminium et du titane dans des minéraux communs lors d'une dissolution partielle à l'eau régale (Snäll et Liljefors, 2000).

Parmi les éléments montrant les plus faibles coefficients de corrélation se trouvent plusieurs éléments majeurs soit le calcium (Ca; 0,10), le sodium (Na; 0,36) et l’aluminium (Al; 0,07). En supposant que les résultats d’analyse de la dissolution par quatre acides représentent les concentrations totales, il est possible d’obtenir un aperçu des phases minérales qui ont pu avoir une incidence sur la dispersion des données5. La figure 2c) montre par exemple les taux de dissolution de l’aluminium dans des minéraux communs lors d’une dissolution à l’eau régale (Snäll et Liljefors, 2000). Les échantillons montrant des concentrations similaires pour les deux méthodes de dissolution pourraient être expliqués par une domination de minéraux facilement dissous tels la biotite et/ou la chlorite (et possiblement les argiles).

En contraste, ceux ayant de fortes concentrations à la suite d’une dissolution par quatre acides, mais une faible concentration à la suite d’une dissolution à l’eau régale, pourraient être expliqués par une plus forte proportion de feldspaths et/ou de muscovite dans l’échantillon (figure 2c). De façon similaire, la figure 2d montre les concentrations en titane, élément qui montre une bonne corrélation pour plusieurs échantillons, mais pour lequel des valeurs systématiquement plus élevées sont observées lors d’une dissolution par quatre acides. Cela suggère que le contenu en titane des sédiments des lacs ne provient pas uniquement de la biotite, dans laquelle le titane est dissous presque totalement lors d’une dissolution partielle, mais plutôt d’un amalgame avec d’autres phases minérales plus résistantes telles que la titanite, l’ilménite et le rutile.

Travaux futurs

Une étude est actuellement en cours afin d’analyser le comportement des éléments chimiques dans une approche de statistique spatiale. Les résultats de cette étude contribueront non seulement à mieux utiliser les analyses partielles à des fins d’exploration, mais aussi à mieux comprendre les liens entre le socle rocheux et les concentrations des éléments chimiques dans les sédiments des lacs.

Remerciements

Une discussion avec Sylvain Trépanier (CONSOREM) a contribué à mieux cerner les implications des résultats et à aborder le traitement des analyses.

Références

PETRELLA, L., 2011. Caractérisation lithologique et pétrographique de l’intrusion syénitique de Misery, Ministère des Ressources naturelles et de la Faune, Québec; GM 65518, 34 pages.

SALVI, S. et A. E.WILLIAMS-JONES, 2006. ‛Alteration, HFSE mineralisation and hydrocarbon formation in peralkaline igneous systems: Insights from the Strange Lake Pluton, Canada’. Lithos; Volume 91, pages 19-34.

SNÄLL, S. et T. LILJEFORS, 2000. ‛Leachability of major elements from minerals in strong acids’. Journal of Geochemical Exploration; volume 71, pages 1-12.

TRÉPANIER, S., 2007. Identification de domaines géochimiques à partir des levés régionaux de sédiments de fond de lacs. Ministère des Ressources naturelles et de la Faune, Québec; GM62922, 95 pages.

TURCOTTE, J., GIRARD, R. et C. MAURICE, 2011. Bonifier les techniques de prospection en précisant la source des métaux dans les sédiments de fond de lac. Ministère des Ressources naturelles et de la Faune, Québec; GM65640, 44 pages.


1 : projet 1982055 dans SIGEOM.

2 : ou aqua regia, un mélange d’acides nitrique et chlorhydrique dans un rapport de 1:3.

3 : sous l’onglet « Géochimie – Échantillon de sédiments »

4 : Les valeurs analytiques de chaque élément chimique ont été converties selon le rang qu’elles occupent dans l’ensemble de la population. Ainsi, la valeur la plus faible correspond au rang 1, tandis que la plus forte correspond au rang équivalent au nombre total d’échantillons. Les rangs ont été utilisés plutôt que les valeurs brutes pour le calcul des coefficients de corrélation. Cette manière de procéder a l’avantage d’atténuer l’effet des échantillons fortement divergents par rapport à l’ensemble de la population.

5 : Des facteurs environnementaux, la proportion de matière organique, la nature de l’eau et même des microorganismes peuvent aussi influencer le contenu de certains éléments dans les sédiments des lacs (Trépanier, 2007; Turcotte et autres, 2011). Ces facteurs ne sont pas considérés ici.

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