Integrated geological-geophysical analysis of REE mineralization from two selected areas in the Canadian and Ukrainian Precambrian Shields
Analyse géologique et géophysique intégrée de la minéralisation en ETR de deux zones sélectionnées dans les boucliers précambriens canadien et ukrainien
Résumé
Rare earth elements (REE) are essential for the development of high-tech industry and our transition to a low-carbon economy. Granitic pegmatites are one of the important sources of REE. Such pegmatites are interpreted to have formed either as the result of partial melting or of magmatic differentiation processes from a parent granite body. Two areas of study were chosen within the Ukrainian (Dibrova area) and Canadian (Alces Lake area) Precambrian Shields, where the mineralization is hosted fully or partially within granitic pegmatites and was formed/remobilized during thermo-tectonic events of the Paleoproterozoic era, ca. 1.8 - 2.0 Ga. The main objective of this interdisciplinary study is to determine the lithostructural, petrological, geochemical, and geophysical parameters responsible for the genesis of these high-grade REE-Th-U deposits by using an integrated/advanced multidisciplinary minerals system approach (2D/3D/4D Geomodeling, petrochronology, U-Th-Pb geochronology, and exploration geophysics/geochemistry applied to mineral deposits). The final interpreted results reveal new information and extend our knowledge of the geological setting/history and petrogenesis of these selected deposits. The Alces Lake property is located within the Beaverlodge Domain, about 28 km north of the Athabasca Basin's northern margin. It contains some of the highest rare earth elements (REE) grades in the world with the REEs hosted predominantly in monazites within quartzo-feldspathic granitic to biotite-garnet-rich residual/cumulate melt pegmatites. The investigated monazite-bearing pegmatitic bodies display peraluminous compositions and are dominated by a quartz + K-feldspar + plagioclase + biotite (+-muscovite) + rutile+ monazite+zircon assemblage. The pegmatites are strongly enriched in LREE (exceeding 10,000 times chondrites) and are depleted in HREE. U-Th-Pb chemical and LA-ICP-MS dating of monazite grains (composite ages) at 1945.7±13Ma (Wilson zone) and 1930.1±12.7Ma (Ivan zone), and zircon grains at 1859.2±13.9 Ma (Wilson zone) and 1888.96±5.8Ma (Ivan zone) imply that REE mineralization at Alces Lake is related to metamorphic events of the Taltson, Snowbird, and Trans-Hudson orogenies. Therefore, the mineralized pegmatites at Alces Lake are interpreted to have formed by partial melting and subsequent assimilation, magma mixing, and fractional crystallization during thermotectonic events of the Talston, Snowbird, and Trans-Hudson orogenies. The mineralized pegmatites are structurally controlled, and shear/fault zones and fold limbs behaved as the crustal melt pathways for their emplacement. The Dibrova rare-earth-thorium-uranium (U-Th-REE) mineral deposit is located within the Azov Megablock of Ukrainian Shield. U-Th-REE mineralization is associated with K-feldspar-quartz metasandstones and metagritstones (quartzites) and pegmatoids. Mineralization is composed of quartz as a principal mineral, with variable modal content of feldspar, sillimanite, muscovite, monazite, brannerite, uraninite, zircon, rutile, and sulfides. U-Th-Pb chemical electron microprobe dating of the monazites yielded 2 major distinct monazite age groups at 3.0 - 2.8 Ga and 2.2 - 2.0 Ga. The first group of ages corresponds to the time of formation of the Archean granitoids, which served as a source of monazite for clastic sedimentation in the Dibrova suite sediments. The second group of ages corresponds to the dissolution/reprecipitation (i.e., remobilization) of monazite during the Paleoproterozoic tectono-magmatic activation. The location of the mineral deposit(s) within the deep mantle-crustal Devladivska shear zone is interpreted as another favourable factor for the remobilization/reprecipitation and transport of metals. Our findings open new perspectives into the investigation of and mineral exploration for rare metals mineralization related to granitic pegmatites in highly metamorphosed Precambrian terranes, resulting in exploration targeting workflows.
Les éléments des terres rares (ETR) sont essentiels au développement de l'industrie de haute technologie et à notre transition vers une économie durable. Les pegmatites granitiques sont l'une des sources importantes d'ETR. Ces pegmatites sont interprétées comme ayant été formées soit par des processus de fusion partielle, soit par des processus de différenciation magmatique à partir d'une roche granitique parente. Deux zones d'étude ont été choisies au sein des boucliers précambriens ukrainiens (région de Dibrova) et canadiens (région du lac Alces), où la minéralisation est hébergée en totalité ou en partie au sein de pegmatites granitiques et s'est formée/remobilisée lors d'événements thermo-tectoniques de l'ère Paléoprotérozoïque, vers 1,8 à 2,0 milliards d'années. L'objectif principal de cette étude interdisciplinaire est de déterminer les paramètres lithostructuraux, pétrologiques, géochimiques et géophysiques responsables de la genèse de ces gisements de TR-Th-U en utilisant une approche multidisciplinaire intégrée. Les résultats interprétés finaux révèlent de nouvelles informations et élargissent nos connaissances sur le contexte géologique et la pétrogenèse de ces gisements. La propriété du lac Alces (domaine de Beaverlodge) est située à environ 28 km au nord de la marge nord du bassin d'Athabasca. Elle contient certaines des teneurs en terres rares (TR) les plus élevées au monde, les TR étant principalement hébergées dans des monazites. Les corps pegmatitiques porteurs de monazite étudiés présentent des compositions peralumineuses et sont dominés par un assemblage de quartz + K-feldspath + plagioclase + biotite (+-muscovite) + rutile + monazite + zircon. Les pegmatites sont fortement enrichies en TR légères et appauvries en terres rares lourdes. La datation LA-ICP-MS des grains de monazite (âges composites) à 1945,7 ± 13 Ma (zone de Wilson) et 1930,1 ± 12,7 Ma (zone d'Ivan), et des grains de zircon à 1859,2 ± 13,9 Ma (zone de Wilson) et 1888,96 ± 5,8 Ma (zone d'Ivan) suggère que la minéralisation en TR du lac Alces est liée aux événements métamorphiques des orogenèses Taltson, Snowbird et Trans-Hudson. Par conséquent, les pegmatites minéralisées du lac Alces sont interprétées comme ayant été formées par fusion partielle et assimilation subséquente, mélange de magma et cristallisation fractionnée lors des métamorphismes des orogenèses Taltson, Snowbird et Trans-Hudson. Les pegmatites minéralisées sont contrôlées structurellement, et les zones de cisaillement/faille et les plis ont servi de voies de fusion crustale pour leur mise en place. Le gisement de terres rares-thorium-uranium de Dibrova est situé au sein du méga-bloc d'Azov du bouclier ukrainien. La minéralisation est associée à des métagrès de quartz-feldspath (quartzites) et à des pegmatoides. La minéralisation est principalement composée de quartz, avec une teneur modale variable en feldspath, sillimanite, muscovite, monazite, brannerite, uraninite, zircon, rutile et sulfures. La datation chimique des monazites a produit deux groupes d'âges distincts majeurs, à 3,0 - 2,8 milliards d'années et à 2,2 - 2,0 milliards d'années. Le premier groupe d'âges correspond à la formation des granitoïdes archéens, qui ont servi de source de monazite pour la sédimentation clastique dans les sédiments de la suite de Dibrova. Le deuxième groupe d'âges correspond à la dissolution/reprécipitation (c'est-à-dire à la remobilisation) de la monazite lors de l'activation tectono-magmatique du Paléoprotérozoïque. L'emplacement du gisement minéral au sein de la zone de cisaillement mantellique-crustale profonde de Devladivska est interprété comme un autre facteur favorable à la remobilisation et au transport des métaux. Nos découvertes ouvrent de nouvelles perspectives pour l'investigation et l'exploration minérale des métaux rares liés aux pegmatites granitiques dans les terrains précambriens fortement métamorphosés, donnant lieu à des méthodes d'orientation de l'exploration.
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