Abstract

Deposits of concentrated Fe–Ti oxide minerals are a characteristic component of many Proterozoic anorthosite massifs. Ferrian ilmenite (ilmenite with exsolution lamellae of hematite) is the principal ore mineral of titanium in the largest deposits, Lac Tio – Lac Allard, Quebec, and Tellnes, Norway. Rutile, a rare oxide mineral in these deposits, occurs as discrete grains (<5.5 mm in length) with ferrian ilmenite, and as lenses (<200 μm across) included in the ferrian ilmenite, in both the Saint-Urbain and Big Island deposits, Quebec, which intrude the 1.05 Ga Saint-Urbain anorthosite and 1.06 Ga Lac Allard anorthosite suite, respectively, of the Grenville Province. At Saint-Urbain and Big Island, both rutile and sapphirine (Mg–Fe–Al silicate; XMg in the range 78–84) occur with ferrian ilmenite (Xhem between 11 and 30), plagioclase of intermediate composition (An39–51), high-Al orthopyroxene (5.2–9.1 wt% Al2O3; XMg between 70 and 75), and hercynite (XMg in the range 61–70), with trace amounts of apatite, corundum and sulfide minerals. Textural and mass-balance constraints suggest that sapphirine formed as a result of subsolidus reactions (e.g., hercynite + orthopyroxene + rutile ± corundum → sapphirine + ilmenite) that took place during slow regional cooling (3–4°C/million years) after crystallization. On the basis of mineral textures and a combination of bulk-rock and mineral geochemical variations, both ilmenite and the larger discrete grains of rutile in these deposits are interpreted as magmatic phases that segregated and accumulated by gravitational settling from Fe–Ti-enriched residual magmas (ferrobasaltic, jotunitic) following crystallization of the host anorthosites. The presence of the minor lenses of rutile 10 to 200 μm thick within ilmenite, typically surrounded by hematite, is related to late oxidation. The ore-forming magmas evolved under conditions essentially closed to oxygen, with preferential incorporation of Fe3+ into the early-crystallized ilmenite, which was stabilized by cocrystallization of hercynite rather than magnetite. As a result, the residual magmas were characterized by progressively increasing Fe2+/Fe3+ with a corresponding decrease in f(O2), and they ultimately reached saturation in rutile.

Abstract

Les gîtes de fer et titane magmatiques sont une composante caractéristique de plusieurs massifs d’anorthosite du Protérozoïque. L’ilménite riche en Fe3+ (ilménite comprenant des domaines d’exsolution d’hématite) constitue l’oxyde de titane dominant dans les plus importants gisements de fer et titane magmatiques (Lac Tio – Lac Allard, Québec; Tellnes, Norvège). Le rutile se présente sous forme de grains (<5.5 mm) et de lentilles (<200 μm) dans l’ilménite riche en Fe3+; on trouve le rutile dans les gisements associés à l’anorthosite de Saint-Urbain (1.05 Ga) et le gisement de Big Island dans l’anorthosite du Lac Allard (1.06 Ga), qui fait partie de la suite anorthositique de Havre-Saint-Pierre. Ces deux massifs anorthositiques se trouvent dans la Province de Grenville (Québec). Le rutile et la sapphirine (silicate de Mg–Fe–Al; XMg entre 78 et 84) sont accompagés d’ilménite riche en Fe3+ (Xhem dans l’intervalle 11–30), de plagioclase de composition intermédiaire (An39–51), d’orthopyroxène (XMg entre 70 et 75) riche en aluminium (5.2–9.1 wt% Al2O3), d’hercynite (XMg entre 61 et 70) et de traces d’apatite, de corindon et de sulfures. D’après les textures observées et les calculs du bilan des masses, la saphirine résulterait de réactions subsolidus (e.g., hercynite + orthopyroxène + rutile ± corindon → sapphirine + ilménite) qui se sont produites lors du lent refroidissement régional (3–4°C/million d’années) qui a suivi la cristallisation des magmas. Les textures observées ainsi que l’interprétation de la géochimie des roches totales et des minéraux (éléments majeurs et en trace) révèlent que l’ilménite et le rutile en grains sont des phases magmatiques qui, en raison de leur densité élevée, se sont accumulées par gravité et séparées d’un magma résiduel enrichi en Fe et Ti (ferrobasaltique, jotunitique) suite à la cristallisation de l’anorthosite encaissante. La présence de lentilles de rutile (10–200 μm) retrouvées dans certains grains d’ilménite, et typiquement entourées d’hématite, résulte d’une oxydation tardive. Le magma parent a évolué dans un système pratiquement fermé à l’oxygène où l’incorporation préférentielle du Fe3+ s’est faite dans les premiers cristaux d’ilménite à se former, aidée par la stabilité de l’hercynite plutôt que de la magnétite dans ce système. Il en découle que les magmas résiduels sont devenus progressivement plus riches en Fe2+/Fe3+, produisant ainsi une diminution de f(O2) jusqu’à ce que les conditions soient favorables à la saturation du rutile.

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