A detailed mineralogical and textural study of two pyroxenites from the Beni Bousera massif, a ga... more A detailed mineralogical and textural study of two pyroxenites from the Beni Bousera massif, a garnet clinopyroxenite (GP) and a garnet clinopyroxenite containing graphite pseudomorphs after diamond (GGP), indicates a strong metamorphic overprint associated with the massif exhumation. In both pyroxenites, the primary assemblage [Cpx(I) + Gt(I) ± Opx] originally stable with diamond, records temperatures in excess of 1200°C. Along the exhumation path, Cpx(I) has decomposed according to the reaction: Cpx I ð Þ ¼ 0:55-0:60 Cpx II ð Þ þ 0:30-0:35 Opx II ð Þ þ 0:03-0:05 Gt II ð Þ þ 0:03-0:5Pl: This breakdown reaction occurred under sub-solidus conditions in at least two stages, which first led to Cpx and Opx exsolution lamellae and second to garnet crystallization at the expense of the newly formed Cpx lamellae. Successive garnet generations, Gt(II), can be distinguished by their REE content; primary garnets Gt(I) have the highest HREE content. Secondary garnets, Gt(II), have grown in the 850-950°C temperature range. We show that these conditions are below the blocking temperature of Mg-Fe exchange between garnet and pyroxene (ca. 1050°C) and above the blocking temperature of Mg-Fe interdiffusion in garnet. Consequently, the original composition of the secondary garnet has not been modified upon further cooling; equilibrium with the appropriate pyroxene can be used to retrieve meaningful P-T conditions. This is however not the case for pairs of pyroxene inclusion and their porphyroclastic garnet host, formed earlier in the Beni Bousera history (i.e. at higher grade) and for which decoupling between Al diffusion and (Mg, Fe) interdiffusion (in pyroxene) has occurred. In that particular case of decoupling, conventional thermometry which yield apparent conditions around 2 GPa and 1000-1100°C based on Al-content in pyroxene on one hand and Mg-Fe partitioning between the pyroxenite silicates on the other, will intrinsically fail at providing reliable P and T estimates. Detailed chemical inspection of Gt-Cpx-Opx inclusions in the graphite pseudomorphs indicates that (1) these silicates are genetically related to the same minerals in the bulk rocks and (2) they were chemically isolated from the bulk rock (included in diamond and/or graphite). Finally, the pyroxenite samples from Beni Bousera have recorded two major events pertaining to the late evolution of this massif: (1) the increase of the water activity in GP as shown by the crystallization of pargasitic amphibole which suggests the proximity to crustal units, and (2) a temperature increase up to ca. 1050°C, which led to water-present partial melting of both GP and GGP.
La compréhension de la stabilité et des relations de phases des minéraux de terres rares est deve... more La compréhension de la stabilité et des relations de phases des minéraux de terres rares est devenue indispensable dans des domaines aussi variés que le stockage des déchets nucléaires, la datation du métamorphisme ou encore la géochimie des terres rares. L'évaluation de la stabilité de ces minéraux sur une gamme de températures inférieures à 500 °C a été au centre de ce travail. Pour cela, nous avons combiné des études analogiques et expérimentales, et l'acquisition de propriétés calorimétriques. Les occurrences naturelles ont été étudiées dans des roches métamorphiques dites de "basses températures". Les échantillons ont été collectés dans des schistes noirs du moyen pays himalayen et dans les métapélites du Rif (Maroc). Les minéraux, ont été identifiés à l'échelle micrométrique par une pétrologie fine combinant microscopie à balayage et microsonde électronique. Si dans des conditions de « très basse température » (T < 300 °C), les terres rares sont principalement incorporées dans des phases détritiques ou authigènes comme la florencite, la monazite apparaît pour des températures aussi faibles que 350 °C dans les échantillons rifains et himalayens. Avec l'augmentation du métamorphisme, les monazites réagissent pour former une épidote de terres rares, l'allanite. Les âges U-Th-Pb de la monazite, obtenus par microsonde ionique, démontrent que celle-ci peut cristalliser pour des conditions bien inférieures à celles qui sont admises communément et qu'elle présente un bon potentiel comme géochronomètre du métamorphisme de bas degré. Les propriétés thermodynamiques ont été acquises pour les minéraux suivants : les pôles fuorés et hydroxylés de l'apatite silicatée au lanthane ou britholite, Ca 2 La 3 (SiO 4) 3 (OH,F), la monazite, LaPO 4 , et l'épidote-Mg lanthanée ou dissakisite CaLaMgAl 2 (SiO 4) 3 (OH). Les enthalpies de formation ont été obtenues par calorimétrie de dissolution à 973 K (Bochum , Allemagne). La chaleur spécifique (Cp) de la monazite à basses températures [20-300 K] et pression atmosphérique a été mesurée par calorimétrie adiabatique (LPC, Orsay). Les chaleurs spécifiques entre 143 et 723 K ont été déterminées par calorimétrie différentielle à balayage (Perkin Elmer 7, Kiel, Allemagne). Ces données ont été introduites dans la base de données de Berman (1988), afin de calculer les équilibres entre minéraux de terres rares dans le système chimique La 2 O 3-CaO-MgO-Al 2 O 3-SiO 2-P 2 O 5-H 2 O. Les résultats calorimétriques nous ont permis également d'étudier la solubilité des minéraux proposés comme matrice de confinement des actinides mineurs : l'apatite silicatée de terres rares et la monazite. Les diagrammes de solubilité calculés montrent que ces deux minéraux sont très peu solubles pour certaines conditions de pH. Pour valider ces résultats, la résistance de ces minéraux a été évaluée dans un dispositif expérimental en présence de réactifs simulant le champ proche du concept de stockage (argiles, ciment). La faible solubilité de ces phases nous a poussé à choisir un dispositif expérimental sous gradient thermique (320-400 °C) afin d'obtenir des taux de réaction compatibles avec des durées d'expériences raisonnables. Apres deux à huit mois, les deux minéraux de terres rares sont toujours présents et ont peu réagi, ce qui est cohérent avec leur grande stabilité thermochimique et naturelle. En comparaison, ces deux minéraux sont bien plus résistants que le phosphate di-phosphate de thorium, Th 4 (PO 4) 4 P 2 O 7 , proposé également pour le conditionnement des radionucléides. Cette étude montre que la monazite peut cristalliser à des températures inférieures à 350 °C. La florencite apparaît comme un bon candidat d'altération des minéraux de terres rares en conditions supergènes. Aux conditions de HP-BT, la monazite et la florencite réagissent pour former de l'allanite. La monazite présente d'excellentes qualités de matrice d'actinides en terme de durabilité chimique. La stabilité des apatites silicatées est favorisée par les conditions attendues en contexte d'enfouissement.
The Beni Bousera peridotite massif (Internal Rif , Morocco) is formed in a major part of Spinel-b... more The Beni Bousera peridotite massif (Internal Rif , Morocco) is formed in a major part of Spinel-bearing lherzolite rimed by a layer 100m thick of garnet-bearing peridotite which is in direct contact with HP-HT granulite metamorphic rocks (16Kbar, 860°C). According to detailed recent study, this shearing contact between these two formations shows the presence of metamorphic ultramafic intercalations underneath the deformed granulites. Foliation is well distinct and allocate in both rocks with a succession of metamorphic micro-zones with very diverse mineral assemblages. Its originality comes from the spatial arrangement of 3 centimetric zones separating garnet-spinel bearing peridoties from garnet-kyanite bearing granulites: - Phlogopite, orthopyroxene, spinel zone. - Corundum, sapphirine, kornerupine zone. - Sillimanite, spinel zone. Geochemistry of the different phases shows peraluminous (corundum, kornerupine sapphirine, spinel) and magnesian (phlogopite, enstatite) assemblages, t...
A detailed mineralogical and textural study of two pyroxenites from the Beni Bousera massif, a ga... more A detailed mineralogical and textural study of two pyroxenites from the Beni Bousera massif, a garnet clinopyroxenite (GP) and a garnet clinopyroxenite containing graphite pseudomorphs after diamond (GGP), indicates a strong metamorphic overprint associated with the massif exhumation. In both pyroxenites, the primary assemblage [Cpx(I) + Gt(I) ± Opx] originally stable with diamond, records temperatures in excess of 1200°C. Along the exhumation path, Cpx(I) has decomposed according to the reaction: Cpx I ð Þ ¼ 0:55-0:60 Cpx II ð Þ þ 0:30-0:35 Opx II ð Þ þ 0:03-0:05 Gt II ð Þ þ 0:03-0:5Pl: This breakdown reaction occurred under sub-solidus conditions in at least two stages, which first led to Cpx and Opx exsolution lamellae and second to garnet crystallization at the expense of the newly formed Cpx lamellae. Successive garnet generations, Gt(II), can be distinguished by their REE content; primary garnets Gt(I) have the highest HREE content. Secondary garnets, Gt(II), have grown in the 850-950°C temperature range. We show that these conditions are below the blocking temperature of Mg-Fe exchange between garnet and pyroxene (ca. 1050°C) and above the blocking temperature of Mg-Fe interdiffusion in garnet. Consequently, the original composition of the secondary garnet has not been modified upon further cooling; equilibrium with the appropriate pyroxene can be used to retrieve meaningful P-T conditions. This is however not the case for pairs of pyroxene inclusion and their porphyroclastic garnet host, formed earlier in the Beni Bousera history (i.e. at higher grade) and for which decoupling between Al diffusion and (Mg, Fe) interdiffusion (in pyroxene) has occurred. In that particular case of decoupling, conventional thermometry which yield apparent conditions around 2 GPa and 1000-1100°C based on Al-content in pyroxene on one hand and Mg-Fe partitioning between the pyroxenite silicates on the other, will intrinsically fail at providing reliable P and T estimates. Detailed chemical inspection of Gt-Cpx-Opx inclusions in the graphite pseudomorphs indicates that (1) these silicates are genetically related to the same minerals in the bulk rocks and (2) they were chemically isolated from the bulk rock (included in diamond and/or graphite). Finally, the pyroxenite samples from Beni Bousera have recorded two major events pertaining to the late evolution of this massif: (1) the increase of the water activity in GP as shown by the crystallization of pargasitic amphibole which suggests the proximity to crustal units, and (2) a temperature increase up to ca. 1050°C, which led to water-present partial melting of both GP and GGP.
La compréhension de la stabilité et des relations de phases des minéraux de terres rares est deve... more La compréhension de la stabilité et des relations de phases des minéraux de terres rares est devenue indispensable dans des domaines aussi variés que le stockage des déchets nucléaires, la datation du métamorphisme ou encore la géochimie des terres rares. L'évaluation de la stabilité de ces minéraux sur une gamme de températures inférieures à 500 °C a été au centre de ce travail. Pour cela, nous avons combiné des études analogiques et expérimentales, et l'acquisition de propriétés calorimétriques. Les occurrences naturelles ont été étudiées dans des roches métamorphiques dites de "basses températures". Les échantillons ont été collectés dans des schistes noirs du moyen pays himalayen et dans les métapélites du Rif (Maroc). Les minéraux, ont été identifiés à l'échelle micrométrique par une pétrologie fine combinant microscopie à balayage et microsonde électronique. Si dans des conditions de « très basse température » (T < 300 °C), les terres rares sont principalement incorporées dans des phases détritiques ou authigènes comme la florencite, la monazite apparaît pour des températures aussi faibles que 350 °C dans les échantillons rifains et himalayens. Avec l'augmentation du métamorphisme, les monazites réagissent pour former une épidote de terres rares, l'allanite. Les âges U-Th-Pb de la monazite, obtenus par microsonde ionique, démontrent que celle-ci peut cristalliser pour des conditions bien inférieures à celles qui sont admises communément et qu'elle présente un bon potentiel comme géochronomètre du métamorphisme de bas degré. Les propriétés thermodynamiques ont été acquises pour les minéraux suivants : les pôles fuorés et hydroxylés de l'apatite silicatée au lanthane ou britholite, Ca 2 La 3 (SiO 4) 3 (OH,F), la monazite, LaPO 4 , et l'épidote-Mg lanthanée ou dissakisite CaLaMgAl 2 (SiO 4) 3 (OH). Les enthalpies de formation ont été obtenues par calorimétrie de dissolution à 973 K (Bochum , Allemagne). La chaleur spécifique (Cp) de la monazite à basses températures [20-300 K] et pression atmosphérique a été mesurée par calorimétrie adiabatique (LPC, Orsay). Les chaleurs spécifiques entre 143 et 723 K ont été déterminées par calorimétrie différentielle à balayage (Perkin Elmer 7, Kiel, Allemagne). Ces données ont été introduites dans la base de données de Berman (1988), afin de calculer les équilibres entre minéraux de terres rares dans le système chimique La 2 O 3-CaO-MgO-Al 2 O 3-SiO 2-P 2 O 5-H 2 O. Les résultats calorimétriques nous ont permis également d'étudier la solubilité des minéraux proposés comme matrice de confinement des actinides mineurs : l'apatite silicatée de terres rares et la monazite. Les diagrammes de solubilité calculés montrent que ces deux minéraux sont très peu solubles pour certaines conditions de pH. Pour valider ces résultats, la résistance de ces minéraux a été évaluée dans un dispositif expérimental en présence de réactifs simulant le champ proche du concept de stockage (argiles, ciment). La faible solubilité de ces phases nous a poussé à choisir un dispositif expérimental sous gradient thermique (320-400 °C) afin d'obtenir des taux de réaction compatibles avec des durées d'expériences raisonnables. Apres deux à huit mois, les deux minéraux de terres rares sont toujours présents et ont peu réagi, ce qui est cohérent avec leur grande stabilité thermochimique et naturelle. En comparaison, ces deux minéraux sont bien plus résistants que le phosphate di-phosphate de thorium, Th 4 (PO 4) 4 P 2 O 7 , proposé également pour le conditionnement des radionucléides. Cette étude montre que la monazite peut cristalliser à des températures inférieures à 350 °C. La florencite apparaît comme un bon candidat d'altération des minéraux de terres rares en conditions supergènes. Aux conditions de HP-BT, la monazite et la florencite réagissent pour former de l'allanite. La monazite présente d'excellentes qualités de matrice d'actinides en terme de durabilité chimique. La stabilité des apatites silicatées est favorisée par les conditions attendues en contexte d'enfouissement.
The Beni Bousera peridotite massif (Internal Rif , Morocco) is formed in a major part of Spinel-b... more The Beni Bousera peridotite massif (Internal Rif , Morocco) is formed in a major part of Spinel-bearing lherzolite rimed by a layer 100m thick of garnet-bearing peridotite which is in direct contact with HP-HT granulite metamorphic rocks (16Kbar, 860°C). According to detailed recent study, this shearing contact between these two formations shows the presence of metamorphic ultramafic intercalations underneath the deformed granulites. Foliation is well distinct and allocate in both rocks with a succession of metamorphic micro-zones with very diverse mineral assemblages. Its originality comes from the spatial arrangement of 3 centimetric zones separating garnet-spinel bearing peridoties from garnet-kyanite bearing granulites: - Phlogopite, orthopyroxene, spinel zone. - Corundum, sapphirine, kornerupine zone. - Sillimanite, spinel zone. Geochemistry of the different phases shows peraluminous (corundum, kornerupine sapphirine, spinel) and magnesian (phlogopite, enstatite) assemblages, t...
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