Structurally-controlled hydrothermal alteration in the syntectonic Neoproterozoic Upper Ruvubu Alkaline Plutonic Complex (Burundi): Implications for REE and HFSE mobilities

International audienceThe Neoproterozoic Upper Ruvubu Alkaline Plutonic Complex (URAPC), Burundi, is located along the western branch of the East African Rift. It comprises oversaturated and undersaturated syenites and a shallow level carbonatite body (the Matongo carbonatite) that does not outcrop but has been sampled by drill-cores. The elliptic map contour of the URAPC points to a syntectonic emplacement. Large shear zones that were active during magmatic emplacement have accommodated a regional NE-SW shortening. Mineralization features of late-magmatic to hydrothermal origin are associated with the carbonatite, which, by itself, contains a dense network of calcitic veins. HFSE mineralization occurring as zircon and ilmenite megacrysts can be found in an area of intense and extensive K-fenitization, which lead to the transformation of the surrounding syenite into a dominant K-feldspar + biotite mineral assemblage (Inamvumvu area). Carbonatitic dykes (overprinted by a hydrothermal alteration) are present a few kilometers north of the Matongo carbonatite, within highly deformed zones in the syenite. These dykes occur along with Na-fenites (resulting from the transformation of the feldspathoidal syenite into an albite-dominant paragenesis) and are enriched in REE-minerals (monazite and ancylite-(Ce)). Many magmatic (pegmatoid) dykes and hydrothermal (quartz + hematite) veins also occur in shear zones in the URAPC. Most of them can be interpreted as tension gashes. The chondrite-normalized REE patterns of some carbonatite whole rock samples are highly disturbed, in relation to post-magmatic hydrothermal alteration. The HFSE and REE distribution in the minerals from the hydrothermal veins/dykes (calcitic veins within the carbonatite, carbonatite dykes overprinted by a hydrothermal alteration in deformed zones, and zircon and ilmenite megacrysts) attests for a complex behaviour of REE during alteration. Oxygen and carbon isotope compositions of the Matongo carbonatite and the carbonatitic dykes have a magmatic signature, with 7.2 < δ18O (vs. SMOW) < 8.5‰ and -4.7 < δ13C (vs. PDB) < -5.4‰ in agreement with the Sr isotopic composition. The oxygen isotope composition of zircon and ilmenite megacrysts (δ18OZr = 4 to 4.7‰, δ18OIlm = -4.3 to -1.5‰ respectively) also point to a magmato-hydrothermal origin of the forming fluids. Some samples of the Matongo carbonatite and the carbonatitic dykes, with high δ18O values (δ18O = 8.6 to 21.8‰), show evidence of a medium- to low-temperature hydrothermal alteration event by an aqueous fluid. Calcitic veins in the carbonatite record another alteration event, outlined by the co-variation of δ18O and δ13C values (δ18O = 16.3 to 24.7‰ and δ13C = -4.7 to 0.2‰), implying the involvement of a mixed H2O-CO2 fluid. As a whole, the circulation of fluids in the URAPC was initiated during magmatic emplacement and the geometry of this circulation was controlled by the syn-emplacement crustal scale shear zones. Element mobility, one expression of which being the mineralization features described here, follow the same scheme

Nouvelles données géologiques et contrôles structuraux des minéralisations à Eléments de Terres Rares du district minier de Gakara, Burundi

International audienceLe district minier à Eléments de Terres Rares (ETR) de Gakara au Burundi, situé sur l’épaule orientale de la branche ouest du Rift, fait actuellement l’objet d’intenses travaux d’exploration et d’exploitation. De nouveaux affleurements permettent d’en améliorer considérablement la connaissance géologique. Ainsi nous avons pu établir que : i) les gneiss encaissants, d’âge Kibarien (1375 à 985 Ma), ortho- ou paradérivés sont affectés par une déformation ductile correspondant à des couloirs de cisaillement. Certaines zones de déformation sont sub-solidus, diagnostiques d’une mise place syn-tectonique des protolithes granitiques; ii) ces granitoïdes déformés sont probablement issus d’une fusion partielle des métasédiments avoisinants. De larges champs de pegmatites kibariennes, stériles en métaux à Gakara, s’injectent fréquemment dans la foliation des gneiss et sont également affectées par des déformations sub-solidus et à l’état solide (mylonites) ; iii) les veines d’ETR se mettent en place à la faveur de toutes ces d’hétérogénéités mécaniques kibariennes (zone de cisaillement, pegmatites) qui sont " ré-ouvertes ". Les pendages et directions de ces veines sont très variables de l’échelle du district à celle de la mine. Certaines veines sont courbes avec des épaisseurs et pendages variables évoquant des géométries 3D de filons hypo-volcaniques ; iv) les textures des veines d’ETR ne montent pas de cisaillement ductile, mais de la cataclase et de la fracturation hydraulique synchrone de la circulation des fluides minéralisateurs ; d’autres veines massives d’ETR non cataclasés présentent des textures " pegmatitiques ", multidirectionnelles entre quartz et bastnaésite ; v) une déformation postérieure à la minéralisation fragmente ces veines d’ETR, le corps minéralisé correspondant alors à une cataclasite où des fragments de veines d’ETR sont remaniés Ces nouvelles données acquises au cours d’un doctorat en partenariat avec l’industriel minier Rainbow Rare Earths (thèse de Seconde Ntiharirizwa, Université de Rennes 1,) pose les bases d’un modèle métallogénique de plus en plus contraint (e.g. âge de minéralisation à ca. 600 Ma (résumé Ntiharirizwa et al., cette session, inclusions fluides et isotopes stables (résumé de Boulvais et al., cette session))). En particulier, il sera présenté et discuté les hypothèses les plus tenables relatives au modèle structural et hydrodynamique en rapport avec le cadre tectonique panafricain de ce segment de la branche ouest du Rift

Le gisement des terres rares de classe mondiale de la région de Gakara au Burundi, Afrique centre-orientale

International audienceL’économie moderne a besoin de trouver des sources stables d’éléments de terres rares (ETR) qui sont largement utilisés dans l’industrie automobile, la production d’énergies vertes et le domaine des télécommunications. La demande grandissante couplée au monopole chinois, ont motivé la réouverture et l’exploitation des anciens gisements de la région de Gakara au Burundi. Ces gisements sont situés près du lac Tanganyika, sur le flanc abrupt du graben du rift est-africain. La gîtologie et le modèle métallogénique de ces concentrations d’ETR sont très mal connus, notre travail visant à les établir dans un but d’exploration. Ces gisements et indices d’ETR consistent en un système de veines à bastnaésite et monazite principalement. Ces veines s’étendent sur plusieurs dizaines de mètres de long avec des épaisseurs variant du centimètre au décimètre. Les roches encaissantes de la minéralisation sont principalement des orthogneiss re- coupés par un réseau dense de pegmatites, l’ensemble correspondant à un socle Kibarien (969 ± 8 Ma). Les veines minéralisées recoupent toutes les roches encaissantes suivant différents contrôles structuraux que nous détaillerons. Nos âges montrent que la minéralisation est panafricaine (autour de 600 Ma) soit 400 Ma après les derniers événements de l’orogénèse kibarienne. Nous avons également établi en détail une nouvelle séquence paragénétique qui montre en particulier un remplacement de bastnaésite (fluoro-carbonate d’ETR) par la monazite (phosphate d’ETR), le minerai variant d’un pôle à bastnaésite pure à un pôle à monazite presque pure. Associés, plusieurs générations de quartz, des biotites, ainsi que des oxydes et phosphates hydratés d’ETR secondaires ont été identifiés. Couplées aux données géophysiques d’exploration, ces données structurales, texturales et minéralogiques permettent ainsi de dresser un premier modèle gîtologique des minéralisations

Geology and U-Th-Pb Dating of the Gakara REE Deposit, Burundi

International audienceThe Gakara Rare Earth Elements (REE) deposit is one of the world’s highest grade REE deposits, likely linked to a carbonatitic magmatic-hydrothermal activity. It is located near Lake Tanganyika in Burundi, along the western branch of the East African Rift. Field observations suggest that the mineralized veins formed in the upper crust. Previous structures inherited from the Kibaran orogeny may have been reused during the mineralizing event. The paragenetic sequence and the geochronological data show that the Gakara mineralization occurred in successive stages in a continuous hydrothermal history. The primary mineralization in bastnaesite was followed by an alteration stage into monazite. The U-Th-Pb ages obtained on bastnaesite (602 ± 7 Ma) and on monazite (589 ± 8 Ma) belong to the Pan-African cycle. The emplacement of the Gakara REE mineralization most likely took place during a pre-collisional event in the Pan-African belt, probably in an extensional contex

Petrography, geochemistry and U-Pb zircon age of the Matongo carbonatite Massif (Burundi) : implication for the Neoproterozoic geodynamic evolution of Central Africa

International audienceThe Matongo carbonatite intrusion belongs to the Neoproterozoic Upper Ruvubu alkaline plutonic complex (URAPC), that is located in Burundi along the western branch of the East African Rift. Beside the Matongo carbonatite, the URAPC alkaline complex comprises feldspathoidal syenites, diorites, quartz-bearing syenites and granites. Three main facies have been recognized in the Matongo carbonatite: (1) Sövites represent the dominant facies. Two varieties have been recognized. A scarce coarse-grained sövite (sövite I), which is altered and poorly enriched in REE (4 < ΣREE < 8 ppm), is encountered in highly fractured zones. A fine-grained sövite (sövite II), which is made of saccharoidal calcite, commonly associated with apatite, aegirine and amphibole, is abundant in the intrusion. Sövite II is enriched in LREE (442 < ΣREE < 1550 ppm, 49 < LaN/YbN < 175). (2) Ferrocarbonatites, that form decimeter-wide veins crosscutting the sövites, are characterized by a LREE enriched patterns (225 < ΣREE < 1048 ppm, 17 < LaN/YbN < 64). (3) K-feldspar and biotite-rich fenite facies (silicocarbonatites) have been recognized at the contact between the carbonatites and the country rock. They are likewise LREE-enriched (134 < ΣREE < 681 ppm, 25 < LaN/YbN < 46). Additionaly, "late" hydrothermal MREE-rich carbonatite veinlets can be found in sövite I. They are characterized by moderate enrichment in REE (ΣREE = 397 ppm), with a MREE-humped pattern (LaN/YbN = 3.7). The different facies represent the typical magmatic evolution of a carbonatite, while the silicocarbonatites are interpreted as resulting from the fenitisation of the country host-rocks. In addition, the most REE-depleted and fractionated facies, i.e. the coarse-grained sövite facies and the "late" calcite veinlets testify for hydrothermal processes that occurred after carbonatite emplacement and result from REE mobilization and redistribution. Large idiomorphic zircon crystals (megacrysts), found in the vicinity of the carbonatite can directly be related to the carbonatite evolution. They have been dated at 705.5 ± 4.5 Ma (U-Pb concordant age, LA-ICP-MS). Similar zircon megacrysts of the Lueshe carbonatite (DRCongo) have been dated and give a concordant age at 798.5 ± 4.9 Ma (U-Pb, LA-ICP-MS). Considering that an extensional tectonic regime occured at that time in Central Africa - what remains debated - both ages could relate to different stages of Rodinia breakup, with uprise of mantle-derived magmas along Palaeoproterozoic lithospheric zones of weakness

Les fluides minéralisateurs en Eléments de Terres Rares du gisement de " classe chinoise " de Gakara, Burundi

International audienceLe gisement d’Eléments de Terres Rares (ETR) de Gakara, Burundi, est d’origine hydrothermale. A une bastnaésite primaire se superpose une altération monazitique en association avec laquelle se développent de larges cristaux de quartz automorphes. Bastnaésite et quartz contiennent de superbes inclusions fluides, extrêmement variées en nature. Les résultats de la caractérisation de ces inclusions fluides et d’une étude isotopique pionnière en oxygène et carbone sur la bastnaésite sont présentés ici, et participent à l’établissement d’un modèle métallogénique global, encore en cours d’établissement (thèse de Seconde Ntiharirizwa, Université de Rennes 1). Les inclusions fluides contenues dans la bastnaésite et le quartz sont, aquo-carboniques, aquo- carboniques à solides (nombreux et variés), carboniques et aqueux. Toutes sont majoritairement primaires à pseudo-secondaires. La température d’homogénéisation varie de 250°C, jusqu’à plus de 400°C. Les salinités varient également fortement, de 5 à 50 pds% eq. NaCl comme le montre la présence de cubes de sels. La phase volatile est quasi-exclusivement constituée de CO2, avec une contribution mineure de N2. Les conditions de piégeage estimées à partir du calcul des isochores sont compatibles avec une minéralisation dans la croûte supérieure telle que suggérée par les observations de terrain (voir résumé Branquet et al., cette session) , à des températures supposées de 400 à 450°C. Il n’y a que peu de différence entre les IF contenues dans les deux minéraux, indiquant une continuité dans l’histoire de minéralisation et d’altération.Les analyses en isotopes stables (O et C) de la bastnaésite constituent un challenge analytique, en l’absence de standard international de bastnaésite. Nous avons développé un protocole original, utilisant un bain d’huile végétale, par lequel nous obtenons des valeurs d18O entre 11 et 16‰, compatibles avec une formation à assez haute température à partir de fluides magmatiques, et des d13C entre -12 et -16‰, indiquant un fractionnement des isotopes du carbone au cours de processus de séparation de phases fluides, suggérées par la coexistence de fluides à CO2 avec des inclusions très salées.L’ensemble des résultats est compatible, renforce même, l’interprétation du gisement de Gakara à partir de fluides dérivés d’une intrusion alcaline en profondeur, telle que la région des Grands Lacs a réussi à en produire régulièrement ce dernier milliard d’années

A Syntectonic Alkaline Massif in Burundi: Geology, Fluid-Rock Interaction and Element (REE, HFSE) Mobility

International audienceAlkaline massifs worldwide are generally atectonic. In Burundi, during the break-up of Rodinia, 700 Ma ago, the Upper Ruvubu Alkaline Plutonic Complex emplaced syntectonically. Large shear zones affecting the intrusion accommodated a regional NE-SW shortening in the regional extensional setting associated with Rodinia breakup. Magmatic dykes and magmato-hydrothermal mineralized veins strike NE-SW and have accommodated NW-SE stretching. C and O isotope characterization of the central Matongo carbonatite body attests for superimposed hydrothermal alterations, which induced REE and HFSE mobilizations on various scales