Physical and chemical controls (fO2,T,pH) of the opposite behaviour of U and Sn-W as examplified by hydrothermal deposits in France and Great-Britain, and solubility data

Résumé En Fr

The aim of this paper is to determine the physical and chemical parameters which control the opposite behaviour of uranium and tin-tungsten between 300° and 500 °C. In uranium deposits, fO2 and fS2 of mineralizing fluids are higher than values fixed by the pyrite-hematite-magnetite triple point, as shown by uraninite-hematite and/or pyrite mineral association. The stability of quartz-K feldspar-muscovite paragenesis in the wall-rocks of hydrothermal U deposits indicates weakly acid pH. By contrast, in the Sn-W occurrences from the French Southern Massif Central, the fO2 of mineralizing fluids is between Ni-NiO and Q-F-M buffers as shown by CO2-CH4-H2O-NaCl bearing fluid inclusions. The pH of these fluids is weakly acid to weakly basic as shown by the stability of muscovite in presence or absence of quartz and/or feldspar. Sn-W mineralizing fluids from Cornwall are by contrast purely aqueous and acid, as indicated by the mineral assemblage muscovite-quartz which is typical of greisens. Experimental data on UO2, SnO2, FeWO4, CaWO4 solubility and metal species in fluids show that fO2 > H-M are required for uranium transport whereas fO2 ≤ Ni-NiO favours Sn transport. The fluid oxidation state has no direct influence on the transport and deposition of tungsten. The fO2 control on the hydrothermal transport properties of these three metals is related on the one hand to the fluid and rock composition, and on the other hand to the minimal 320 °C temperature required for homogeneous equilibria in the C-O-H system to control the oxidation state at low values. At high temperatures, Sn, Fe and Ca chloride complexes are more stable than carbonate and phosphate uranium complexes ; this is attributable to their structure and to the dielectric content of the fluid. The presence of dissolved gases at high concentration, which are produced by devolatilization reactions at high temperatures, is emphasized since they lower the dielectric constant of the fluid which enhances the stability of chloride complexes. All these results show that temperature and fO2 account for the opposite behaviour of uranium and tin-tungsten in hydrothermal systems between 300° to 500 °C.

Le but de ce travail est de déterminer les paramètres physico-chimiques qui contrôlent le comportement antagonique de l'uranium et de l'étain-tungstène entre 300° et 500 °C. Dans les gisements d'uranium, les fO2 et fS2 des fluides minéralisateurs sont supérieures à celles fixées par le point triple pyrite - hématite - magnétite comme le montre l'association uraninite - hématite - et/ou pyrite. La stabilité de la paragenèse quartz - feldspath potassique - muscovite dans les roches encaissantes des minéralisations uranifères considérées témoignent de pH faiblement acides. En revanche, pour les minéralisations à Sn-W du sud du Massif Central français, la fO2 des fluides minéralisateurs est comprise entre les tampons Ni-NiO et Q-F-M comme l'indiquent les inclusions fluides à CO2-CH4-H2O-NaCl. Le pH de ces fluides est faiblement acide à faiblement basique comme le montre la stabilité de la muscovite en présence ou en absence de quartz et/ou de feldspath. Les fluides minéralisateurs en Sn-W de Cornouailles sont, au contraire, purement aqueux et acides, comme l'indique l'assemblage muscovite - quartz typique des greisens. L'analyse des données expérimentales de solubilité de UO2, SnO2, FeWO4, CaWO4 et de spéciation des métaux montrent que des fO2 ≤ Ni-NiO favorisent le transport de l'étain. L'état d'oxydation du fluide n'a aucune influence directe sur le transport et le dépôt du tungstène. Le contrôle de la fO2 sur les capacités de transport hydrothermal de ces trois métaux est mis en relation d'une part avec la composition des fluides et des roches, d'autre part avec la température minimum de 320 °C requise pour que les équilibres homogènes du système C-O-H fixent l'état d'oxydation à des valeurs basses. A haute température, la stabilité accrue des complexes chlorurés de Sn, Fe, Ca comparée à celle des complexes carbonatés et phosphatés d'uranium est discutée en fonction de la structure des complexes, et de la constante diélectrique du fluide. On souligne également que la présence de gaz dissous (concentration élevée), produits à haute température par les réactions de dévolatilisation, diminue la constante diélectrique du fluide et stabilise corrélativement les complexes chlorurés. L'ensemble de ces résultats montre que la température et la fugacité d'oxygène rendent compte du comportement antagonique de l'uranium et de l'étain - tungstène au stade hydrothermal entre 300° et 500 °C.