Origine, évolution et minéralisation en métaux rares des pegmatites de l'Afrique de l'Ouest

Rare metals are essential to the development of high-tech industry and to the transition toward a low-carbon energy. The Mangodara district (South West of Burkina Faso, West African Craton) exposes rare metals pegmatites associated with metamorphic, migmatitic and magmatic rocks, in a paleaoproterozoic complex of gneiss-granitoids. We investigate the petrogenesis of these pegmatites, discussed between the partial melting of metasediments and the magmatic differentiation of an enriched pluton, through a multi-disciplinary petrographical, geochemical and geochemical and geochronological approach. The studied zone consists of a regional dome, situated in the middle crust (4-7 kbar, Al in hornblende), cored by a tonalitic-trondhjemitic gneiss rich in plagioclase, and mantled by a granodioritic diatexite hosting rafts of amphibolites, paragneisses (sillimanite-garnet/staurolite) and migmatites of birimian protoliths. Plutonic rocks, forming two geochemical Na-rich and K-rich series, are in diffuse contact gneisses or intrusives within. Four types of pegmatites have been identified in the district. Titanite-allanite type pegmatites and apatite-zircon type pegmatites are metaluminous, few evolved, deriving from the late segregation of the tonalitic-trondhjemitic gneiss. Garnet-columbite type pegmatites (Li, Nb) are peraluminous, from the petrogenetic family Mixed Lithium-Cesium-Tantalum and Niobium-Yttrium-Fluor (LCT+NYF). They come from the partial melting of paragneiss with a control of rare metals fractionation in the source by micas, phosphates and garnet, and a contamination by residual liquids from the metaluminous pegmatites. Garnet-REE type pegmatites are NYF pegmatites, originating from the late segregation of a granodioritic gneiss, with a control of rare metals fractionation in the source by allanite, phosphates and amphibole. Titanite-allanite type pegmatite crystallization is dated at 2094.3 ± 8.8 Ma (U-Pb in situ dating of zircon). Regional cooling below 500 °C is indicated by U-Pb dating of apatite from the tonalitic-trondhjemitic gneiss (2094 ± 21 Ma), granodioritic gneiss (2041 ± 33 Ma) and apatite-zircon type pegmatite (2055 ± 20 Ma). The genesis of Mangodara rare metals pegmatites originates from processes of melt segregation as well as partial melting in the middle crust, but the control by rare metals-bearing minerals is determining in the fractionation of these elements, and the petrogenetic signature of pegmatites. Our results open some perspectives in the research of rare metals mineralization related to migmatitic-magmatic transition zones.Les métaux rares sont essentiels au développement de l'industrie de pointe et à la transition vers une énergie décarbonnée. Les pegmatites granitiques sont des métallotectes de ces métaux, dont l'origine est discutée entre la fusion partielle de métasédiments, ou la différenciation magmatique d'un pluton enrichi. Le secteur de Mangodara (Sud-Ouest du Burkina Faso) expose des pegmatites à métaux rares associées à des roches métamorphiques, migmatitiques et magmatiques, dans un contexte de gneiss-granitoïdes du Craton Ouest-Africain Paléoprotérozoïque. Nous investiguons la pétrogenèse de ces pegmatites à travers une approche multiple pétrographique, géochimique et géochronologique. Le secteur étudié constitue un dôme régional, représentatif de la croûte moyenne à inférieure (4-7 kbar, baromètre Aluminium dans la hornblende), avec au cœur un gneiss tonalitique- trondhjémitique riche en plagioclase, enveloppé par un gneiss granodioritique interprété comme étant une diatexite, contenant des lambeaux d'amphibolites, paragneiss (sillimanite-grenat/staurotide) et migmatites de protolithes birimiens. Des roches plutoniques, formant deux séries géochimiques l'une Na-riche et l'autre K-riche, sont en contact diffus avec ces gneiss ou intrusifs dans ces derniers. Quatre types de pegmatites ont été identifiées dans le secteur. Les pegmatites de type titanite-allanite et apatite-zircon sont métalumineuses, peu évoluées, et issues la ségrégation tardive du gneiss tonalitique-trondhjémitique. Les pegmatites de type grenat-colombite (Li, Nb) sont peralumineuses, de famille Mixte Lithium-Césium-Tantale et Niobium-Yttrium-Fluor (LCT+NYF). Elles sont issues de la fusion partielle de paragneiss avec un contrôle du fractionnement des métaux rares dans la source par les micas, les phosphates et le grenat, et une contamination par les liquides résiduels des pegmatites métalumineuses. Les pegmatites de type grenat-REE (Ti, Y, HREE) sont des pegmatites NYF, issues de la ségrégation tardive du gneiss granodioritique, avec un contrôle du fractionnement des métaux rares par l'allanite, les phosphates et l'amphibole. La cristallisation de la pegmatite de type titanite-allanite est datée à 2094,3 ± 8,8 Ma par la méthode U-Pb sur zircon. Le refroidissement régional à moins de 500 °C est indiqué par des âges U-Pb sur apatite dans le gneiss tonalitique-trondhjémitique (2094 ± 21 Ma), dans le gneiss granodioritique (2041 ± 33 Ma) et dans la pegmatite de type apatite-zircon (2055 ± 20 Ma). La genèse des pegmatites à métaux rares de Mangodara dérive à la fois de processus de ségrégation et de fusion partielle dans la croûte moyenne, mais le contrôle de minéraux porteurs de métaux rares est déterminant sur le fractionnement des métaux rares, et la signature pétrogénétique des pegmatites. Cela ouvre des perspectives de recherche des minéralisations liées aux métaux rares dans les zones de transition migmatitiques-magmatique

Origine, évolution et minéralisation en métaux rares des pegmatites de l'Afrique de l'Ouest

Rare metals are essential to the development of high-tech industry and to the transition toward a low-carbon energy. The Mangodara district (South West of Burkina Faso, West African Craton) exposes rare metals pegmatites associated with metamorphic, migmatitic and magmatic rocks, in a paleaoproterozoic complex of gneiss-granitoids. We investigate the petrogenesis of these pegmatites, discussed between the partial melting of metasediments and the magmatic differentiation of an enriched pluton, through a multi-disciplinary petrographical, geochemical and geochemical and geochronological approach. The studied zone consists of a regional dome, situated in the middle crust (4-7 kbar, Al in hornblende), cored by a tonalitic-trondhjemitic gneiss rich in plagioclase, and mantled by a granodioritic diatexite hosting rafts of amphibolites, paragneisses (sillimanite-garnet/staurolite) and migmatites of birimian protoliths. Plutonic rocks, forming two geochemical Na-rich and K-rich series, are in diffuse contact gneisses or intrusives within. Four types of pegmatites have been identified in the district. Titanite-allanite type pegmatites and apatite-zircon type pegmatites are metaluminous, few evolved, deriving from the late segregation of the tonalitic-trondhjemitic gneiss. Garnet-columbite type pegmatites (Li, Nb) are peraluminous, from the petrogenetic family Mixed Lithium-Cesium-Tantalum and Niobium-Yttrium-Fluor (LCT+NYF). They come from the partial melting of paragneiss with a control of rare metals fractionation in the source by micas, phosphates and garnet, and a contamination by residual liquids from the metaluminous pegmatites. Garnet-REE type pegmatites are NYF pegmatites, originating from the late segregation of a granodioritic gneiss, with a control of rare metals fractionation in the source by allanite, phosphates and amphibole. Titanite-allanite type pegmatite crystallization is dated at 2094.3 ± 8.8 Ma (U-Pb in situ dating of zircon). Regional cooling below 500 °C is indicated by U-Pb dating of apatite from the tonalitic-trondhjemitic gneiss (2094 ± 21 Ma), granodioritic gneiss (2041 ± 33 Ma) and apatite-zircon type pegmatite (2055 ± 20 Ma). The genesis of Mangodara rare metals pegmatites originates from processes of melt segregation as well as partial melting in the middle crust, but the control by rare metals-bearing minerals is determining in the fractionation of these elements, and the petrogenetic signature of pegmatites. Our results open some perspectives in the research of rare metals mineralization related to migmatitic-magmatic transition zones.Les métaux rares sont essentiels au développement de l'industrie de pointe et à la transition vers une énergie décarbonnée. Les pegmatites granitiques sont des métallotectes de ces métaux, dont l'origine est discutée entre la fusion partielle de métasédiments, ou la différenciation magmatique d'un pluton enrichi. Le secteur de Mangodara (Sud-Ouest du Burkina Faso) expose des pegmatites à métaux rares associées à des roches métamorphiques, migmatitiques et magmatiques, dans un contexte de gneiss-granitoïdes du Craton Ouest-Africain Paléoprotérozoïque. Nous investiguons la pétrogenèse de ces pegmatites à travers une approche multiple pétrographique, géochimique et géochronologique. Le secteur étudié constitue un dôme régional, représentatif de la croûte moyenne à inférieure (4-7 kbar, baromètre Aluminium dans la hornblende), avec au cœur un gneiss tonalitique- trondhjémitique riche en plagioclase, enveloppé par un gneiss granodioritique interprété comme étant une diatexite, contenant des lambeaux d'amphibolites, paragneiss (sillimanite-grenat/staurotide) et migmatites de protolithes birimiens. Des roches plutoniques, formant deux séries géochimiques l'une Na-riche et l'autre K-riche, sont en contact diffus avec ces gneiss ou intrusifs dans ces derniers. Quatre types de pegmatites ont été identifiées dans le secteur. Les pegmatites de type titanite-allanite et apatite-zircon sont métalumineuses, peu évoluées, et issues la ségrégation tardive du gneiss tonalitique-trondhjémitique. Les pegmatites de type grenat-colombite (Li, Nb) sont peralumineuses, de famille Mixte Lithium-Césium-Tantale et Niobium-Yttrium-Fluor (LCT+NYF). Elles sont issues de la fusion partielle de paragneiss avec un contrôle du fractionnement des métaux rares dans la source par les micas, les phosphates et le grenat, et une contamination par les liquides résiduels des pegmatites métalumineuses. Les pegmatites de type grenat-REE (Ti, Y, HREE) sont des pegmatites NYF, issues de la ségrégation tardive du gneiss granodioritique, avec un contrôle du fractionnement des métaux rares par l'allanite, les phosphates et l'amphibole. La cristallisation de la pegmatite de type titanite-allanite est datée à 2094,3 ± 8,8 Ma par la méthode U-Pb sur zircon. Le refroidissement régional à moins de 500 °C est indiqué par des âges U-Pb sur apatite dans le gneiss tonalitique-trondhjémitique (2094 ± 21 Ma), dans le gneiss granodioritique (2041 ± 33 Ma) et dans la pegmatite de type apatite-zircon (2055 ± 20 Ma). La genèse des pegmatites à métaux rares de Mangodara dérive à la fois de processus de ségrégation et de fusion partielle dans la croûte moyenne, mais le contrôle de minéraux porteurs de métaux rares est déterminant sur le fractionnement des métaux rares, et la signature pétrogénétique des pegmatites. Cela ouvre des perspectives de recherche des minéralisations liées aux métaux rares dans les zones de transition migmatitiques-magmatique

Origine, évolution et minéralisation en métaux rares des pegmatites de l'Afrique de l'Ouest

Rare metals are essential to the development of high-tech industry and to the transition toward a low-carbon energy. The Mangodara district (South West of Burkina Faso, West African Craton) exposes rare metals pegmatites associated with metamorphic, migmatitic and magmatic rocks, in a paleaoproterozoic complex of gneiss-granitoids. We investigate the petrogenesis of these pegmatites, discussed between the partial melting of metasediments and the magmatic differentiation of an enriched pluton, through a multi-disciplinary petrographical, geochemical and geochemical and geochronological approach. The studied zone consists of a regional dome, situated in the middle crust (4-7 kbar, Al in hornblende), cored by a tonalitic-trondhjemitic gneiss rich in plagioclase, and mantled by a granodioritic diatexite hosting rafts of amphibolites, paragneisses (sillimanite-garnet/staurolite) and migmatites of birimian protoliths. Plutonic rocks, forming two geochemical Na-rich and K-rich series, are in diffuse contact gneisses or intrusives within. Four types of pegmatites have been identified in the district. Titanite-allanite type pegmatites and apatite-zircon type pegmatites are metaluminous, few evolved, deriving from the late segregation of the tonalitic-trondhjemitic gneiss. Garnet-columbite type pegmatites (Li, Nb) are peraluminous, from the petrogenetic family Mixed Lithium-Cesium-Tantalum and Niobium-Yttrium-Fluor (LCT+NYF). They come from the partial melting of paragneiss with a control of rare metals fractionation in the source by micas, phosphates and garnet, and a contamination by residual liquids from the metaluminous pegmatites. Garnet-REE type pegmatites are NYF pegmatites, originating from the late segregation of a granodioritic gneiss, with a control of rare metals fractionation in the source by allanite, phosphates and amphibole. Titanite-allanite type pegmatite crystallization is dated at 2094.3 ± 8.8 Ma (U-Pb in situ dating of zircon). Regional cooling below 500 °C is indicated by U-Pb dating of apatite from the tonalitic-trondhjemitic gneiss (2094 ± 21 Ma), granodioritic gneiss (2041 ± 33 Ma) and apatite-zircon type pegmatite (2055 ± 20 Ma). The genesis of Mangodara rare metals pegmatites originates from processes of melt segregation as well as partial melting in the middle crust, but the control by rare metals-bearing minerals is determining in the fractionation of these elements, and the petrogenetic signature of pegmatites. Our results open some perspectives in the research of rare metals mineralization related to migmatitic-magmatic transition zones.Les métaux rares sont essentiels au développement de l'industrie de pointe et à la transition vers une énergie décarbonnée. Les pegmatites granitiques sont des métallotectes de ces métaux, dont l'origine est discutée entre la fusion partielle de métasédiments, ou la différenciation magmatique d'un pluton enrichi. Le secteur de Mangodara (Sud-Ouest du Burkina Faso) expose des pegmatites à métaux rares associées à des roches métamorphiques, migmatitiques et magmatiques, dans un contexte de gneiss-granitoïdes du Craton Ouest-Africain Paléoprotérozoïque. Nous investiguons la pétrogenèse de ces pegmatites à travers une approche multiple pétrographique, géochimique et géochronologique. Le secteur étudié constitue un dôme régional, représentatif de la croûte moyenne à inférieure (4-7 kbar, baromètre Aluminium dans la hornblende), avec au cœur un gneiss tonalitique- trondhjémitique riche en plagioclase, enveloppé par un gneiss granodioritique interprété comme étant une diatexite, contenant des lambeaux d'amphibolites, paragneiss (sillimanite-grenat/staurotide) et migmatites de protolithes birimiens. Des roches plutoniques, formant deux séries géochimiques l'une Na-riche et l'autre K-riche, sont en contact diffus avec ces gneiss ou intrusifs dans ces derniers. Quatre types de pegmatites ont été identifiées dans le secteur. Les pegmatites de type titanite-allanite et apatite-zircon sont métalumineuses, peu évoluées, et issues la ségrégation tardive du gneiss tonalitique-trondhjémitique. Les pegmatites de type grenat-colombite (Li, Nb) sont peralumineuses, de famille Mixte Lithium-Césium-Tantale et Niobium-Yttrium-Fluor (LCT+NYF). Elles sont issues de la fusion partielle de paragneiss avec un contrôle du fractionnement des métaux rares dans la source par les micas, les phosphates et le grenat, et une contamination par les liquides résiduels des pegmatites métalumineuses. Les pegmatites de type grenat-REE (Ti, Y, HREE) sont des pegmatites NYF, issues de la ségrégation tardive du gneiss granodioritique, avec un contrôle du fractionnement des métaux rares par l'allanite, les phosphates et l'amphibole. La cristallisation de la pegmatite de type titanite-allanite est datée à 2094,3 ± 8,8 Ma par la méthode U-Pb sur zircon. Le refroidissement régional à moins de 500 °C est indiqué par des âges U-Pb sur apatite dans le gneiss tonalitique-trondhjémitique (2094 ± 21 Ma), dans le gneiss granodioritique (2041 ± 33 Ma) et dans la pegmatite de type apatite-zircon (2055 ± 20 Ma). La genèse des pegmatites à métaux rares de Mangodara dérive à la fois de processus de ségrégation et de fusion partielle dans la croûte moyenne, mais le contrôle de minéraux porteurs de métaux rares est déterminant sur le fractionnement des métaux rares, et la signature pétrogénétique des pegmatites. Cela ouvre des perspectives de recherche des minéralisations liées aux métaux rares dans les zones de transition migmatitiques-magmatique

Geochemistry of micas and accessory minerals in P-rich NYF pegmatites at Mangodara (West Africa, Burkina Faso)

International audienc

Geochemical signature of rare-metal magmatic fluids exsolved from the Beauvoir granite (Massif Central, France) revealed by LA-ICPMS analysis of primary fluid inclusions

International audienceThe Beauvoir granite (Limousin, French Massif Central) represents an exceptional case in the European Variscan belt of a peraluminous rare-metal granite crosscutting an early W stockwork. The latter was strongly overprinted by the rare-metal magmatic-hydrothermal fluids derived from the Beauvoir granite, resulting in a massive topazification. This work presents a complete study of primary fluid inclusions hosted in quartz and topaz from the Beauvoir granite and the metasomatized stockwork in order to characterize the geochemical composition of the early magmatic fluids exsolved during the crystallization of this highly evolved rare-metal granite. Microthermometric data show that the earliest fluid (L1) is high temperature (500 to >600°C), saline (17-28 wt.% NaCl eq) and Li-rich (Te100 m) and interaction with external fluids

Geochemistry of micas and accessory minerals in P-rich NYF pegmatites at Mangodara (West Africa, Burkina Faso)

International audienc

Geochemical Signature of Magmatic-Hydrothermal Fluids Exsolved from the Beauvoir Rare-Metal Granite (Massif Central, France): Insights from LA-ICPMS Analysis of Primary Fluid Inclusions

The Beauvoir granite (Massif Central, France) represents an exceptional case in the European Variscan belt of a peraluminous rare-metal granite crosscutting an early W stockwork. The latter was strongly overprinted by rare-metal magmatic-hydrothermal fluids derived from the Beauvoir granite, resulting in a massive topazification of the quartz-ferberite vein system. This work presents a complete study of primary fluid inclusions hosted in quartz and topaz from the Beauvoir granite and the metasomatized stockwork, in order to characterize the geochemical composition of the magmatic fluids exsolved during the crystallization of this evolved rare-metal peraluminous granite. Microthermometric and Raman spectrometry data show that the earliest fluid (L1) is of high temperature (500 to >600°C), high salinity (17–28 wt.% NaCl eq), and Li-rich (Te100 m) and interaction with external fluids

Insights from mineral trace chemistry on the origin of NYF and mixed LCT + NYF pegmatites and their mineralization at Mangodara, SW Burkina Faso

International audienceThe Mangodara district (southwestern of Burkina Faso, West African Craton) consists of a regional-scale Eburnean dome cored by granitoid-gneisses comprising rafts of migmatitic paragneisses and amphibolites of the Paleoproterozoic Birimian series. The occurrence of rare metal-bearing pegmatites in diffuse contact with these migmatitic and granitoid gneisses suggests that they originated from the segregation of a residual melt of these partially molten hosts. In this paper, we constrain the petrogenetic link between pegmatites and their hosts, and the mechanisms of rare metal fractionation in Lithium-Cesium-Tantalum (LCT) vs Niobium-Yttrium-Fluorine (NYF) petrogenetic signatures by the geochemistry of micas, apatite, columbite-group minerals, garnet, and zircon. Titanite-allanite pegmatites (containing titanite, allanite, epidote, zircon, and apatite as accessory minerals) and their evolved equivalent, apatite-zircon pegmatites (richer in apatite, lower K/Rb and Fe/Mn ratio in biotite but Li-depleted) are poorly mineralized metaluminous pegmatites. They display a continuous evolution trend in K/Rb and Fe/Mn in biotite and similar REE patterns in apatite, which favor an origin by segregation of residual melt within tonalitic-trondhjemitic gneiss in the core of the Mangodara dome. Garnet-columbite pegmatites containing REE-bearing phosphates and Zr-U-Th-bearing metamict minerals are mixed LCT + NYF pegmatites. Their micas, slightly enriched in Li, LREE-rich apatite, and Nb-Ta-U-rich garnet, are consistent with an origin by partial melting of a metasedimentary source, with dehydration of biotite (reservoir of Li, Rb, Nb) and dissolution of apatite-monazite (reservoir of REE). Apatite crystals in one garnet-columbite pegmatite reveal an inherited REE signature typical of apatite-zircon pegmatite, which suggests mingling of a LCT pegmatite-forming melt with the residual melt derived from crystallization of metaluminous pegmatites. Garnet-REE pegmatites, containing ilmenite-pyrophanite and euxenite-aeschynite), are NYF pegmatites that should originate from melt segregation within granodioritic gneiss associated with breakdown/entrainment of amphibole (reservoir of REE, Y) and LREE segregation by allanite and phosphates in the source. These data show that the LCT vs NYF signature of pegmatites of the Mangodara district results primarily from the chemical composition of the partially-molten source and the minerals involved in the partial melting reactions, which vary as a function of increasing depth (mica, phosphate, amphibole, garnet). The traceelement signature of anatectic peraluminous pegmatite-forming melt might then be affected by mingling with residual Nb-enriched metaluminous melt

Petrogenetic links between rare metal-bearing pegmatites and TTG gneisses in the West African Craton: The Mangodara district of SW Burkina Faso

International audienceWe describe the geological context of rare metal-bearing pegmatites from the Mangodara district (South-West Burkina Faso, Paleoproterozoic West African Craton) and discuss their petrogenesis and links with the host rocks. The Mangodara district exposes a gneiss-granitoid complex structured in a regional-scale dome, mantled by granodioritic gneiss enclosing rafts of amphibolite, micaschist and paragneiss, and cored by tonalitic to trondhjemitic gneisses. These gneisses enclose granitoid plutons, and four populations of rare metal-bearing pegmatites: titanite-allanite-, apatite-zircon-, garnet-columbite (Li, Nb) and garnet-REE (Ti, Y, HREE)-bearing varieties.Rafts of migmatitic amphibolite, micaschist and paragneiss are chemically equivalent to nearby Birimian greenstone belts. An origin of the gneiss-granitoid complex by partial melting is suggested by diffuse contacts of rafts with the gneisses as well as the presence of garnet-bearing or hornblende-bearing leucosome in paragneiss and in amphibolites, respectively. Textural continuity between pegmatites and granitic veins concordant to the foliation of the gneisses point to syntectonic segregation of the pegmatite-forming magmas.The compositions of gneisses and plutonic rocks spread between a Na-rich pole and a K-rich pole. Granodioritic gneiss, hornblende-biotite granodiorite and potassic biotite granitoids define a K-rich series attributed to relatively low-pressure high-degree partial melting of dominantly paragneiss, which accounts for low to absent LILE and HFSE fractionation compared to the paragneiss. Tonalitic-trondhjemitic gneiss, a biotite trondhjemite and a peraluminous two-mica trondhjemite belong to a Na-rich series characterized by low K content and strong depletion in REE and HFSE, which might reflect plagioclase clustering after partial melting at a relatively high pressure of amphibolite, and fractionation of HFSE-REE-bearing minerals. Thermodynamic and mass balance modeling further corroborate these propositions implying that partial melting of paragneiss and amphibolite at about 5 to 10 kbars for a temperature of 780 to 850 °C followed by melt/solid segregation and fractional crystallization are susceptible to generate the Na- and K-rich series.U-Pb dating of zircon from a titanite-allanite-bearing pegmatite at 2094.3 ± 8.8 Ma and of apatite from tonalitic-trondhjemitic gneiss, apatite-zircon-bearing pegmatite and granodioritic gneiss at 2094 ± 21 Ma, 2055 ± 20 Ma, and 2041 ± 33 Ma respectively, confirm that partial melting, melt segregation and crystallization-cooling occurred during the Eburnean orogeny.Based on these data, we propose that (i) titanite-allanite- and apatite-zircon-bearing pegmatites result from syntectonic segregation of residual melt during crystallization of the tonalitic-trondhjemitic gneiss, (ii) garnet-columbite-bearing pegmatites originate from syntectonic melt segregation from the migmatitic paragneiss, and (iii) garnet-REE-bearing pegmatites derive from segregation of a residual melt within the granodioritic gneiss