Classification Des Gîts Minéraux PDF

Chapitre. Typologie des gîtes minéraux les grands types de gîtes minéraux qui seront Les mêmes processus s’étant manifestés à plusieurs détaillés dans les chapitres 5 à 9. reprises au cours de l’histoire géologique et en Dans les gisements endogènes, on distingue p...

Chapitre. Typologie des gîtes minéraux les grands types de gîtes minéraux qui seront Les mêmes processus s’étant manifestés à plusieurs détaillés dans les chapitres 5 à 9. reprises au cours de l’histoire géologique et en Dans les gisements endogènes, on distingue plusieurs endroits du monde, il est logique que des principalemnt : gîtes de mêmes caractéristiques apparaissent dans des contextes comparables au sein de roches d’âges Les gîtes du plutonisme mafique et différents. Les gîtes minéraux qui partagent un ultramafique, où dominent les processus ensemble de caractéristiques géologiques sont magmatiques, tels que la cristallisation considérés comme semblables et constituent un type fractionnée. Ces gîtes comprennent de gîte minéral : les amas sulfurés, les skarns, les notamment les gisements de chromite et porphyres cuprifères, les SEDEX, etc. Cette platinoïdes des péridotites ophiolitiques, ceux de titane dans les anorthosites, de constatation impose deux corollaires : nickel, cuivre et platinoïdes dans des Des gîtes minéraux du même type ont complexes ultramafiques; vraisemblablement été formés par des Les gîtes du plutonisme alcalin, issus de processus génétiques identiques ou l’activité magmatique des syénites similaires que l’on peut alors reconstituer. néphéliniques, des carbonatites, et des C’est l’un des fonde- ments de la kimberlites parfois diamantifères; métallogénie ; Les gîtes du plutonisme felsique, résultant Des contextes géologiques possédant les de l’action des fluides expulsés à la caractéristiques spécifiques favorables à un cristallisation d’un magma. Ils donnent type de gîte minéral sont les plus propices à naissance à des gîtes variés à caractère renfermer des gisements de ce type. C’est la hydrothermal : porphyres (à Cu, Au, Mo base de l’exploration minière. et/ou Sn), gisements de fer-oxydes à cuivre, or, et uranium, gîtes de contacts, dont les Le cycle des roches permet de diviser les gisements skarns, les mantos et les cornéennes, minéraux en deux grands groupes selon les pegmatites qui concentrent les métaux processus géologiques qui leur ont donné naissance rares, et les coupoles à étain, tungstène et (figure 2.7). Les gisements endogènes sont générés bismuth ; par les processus relevant de la dynamique interne Les gîtes du volcanisme felsique aérien, du globe comme le métamorphisme, le magmatisme représentés par les gisements épithermaux, et l’hydrothermalisme connexe. Les gisements neutres et acides, à or et argent, dont on exogènes se forment dans les conditions de surface observe la formation actuelle au Japon et et de- Cycle des roches et types de gisements aux Philippines; attachés à chaque étape du cycle (d’après Jébrak, Les gîtes du volcanisme sous-marin dont 2006). les fluides magmatiques et hydrothermaux surface, en liaison avec des phénomènes géologiques réagis- sent avec l’eau de mer pour donner externes comme l’érosion, la sédimentation, ou la les amas sulfurés volcanogéniques, ou ferruginisation; c’est le domaine de l’intempérisme VMS, gisements stratiformes de Cu, Zn, où les actions du climat et de la biosphère sont Pb, Ag, Au; si ces gisements apparaissent en contexte à forte domi- nante déterminantes. La frontière entre ces deux grands sédimentaire, il s’agit de gisements de type groupes reste plus mobile qu’on pourrait le penser SEDEX; dans la mesure où un gisement peut résulter de Les gîtes associés au métamorphisme l’action combinée de processus endogènes et profond (plus de 10 km), contexte dans exogènes. lequel les flui- des carboniques et aqueux donnent naissance à de grands filons La classification habituelle des gîtes minéraux aurifères. endogènes et exogènes combine nature du La formation des gisements exogènes est régie par phénomène géologique et milieu de genèse. Les gîtes l’altération et/ou la sédimentation générale- ment en minéraux occupent quasiment tout l’espace de contexte de bassin. On distingue schématiquement pression-température de la lithosphère (figure 2.8). trois types de gîtes : Les paragraphes suivants donnent très brièvement Les gîtes détritiques qui résultent de processus de concentration purement 1|Page  mécanique de fragments minéraux arrachés -Origine ou source du fluide métallifère aux roches par altération. Les placers (magmatique: plutonique/volcanique, alluviaux, concentra- tions en minéraux météorique, métamorphique…), lourds exploitables (or, platine, cassitérite, -Métaux ou contenu des produits (Cu, Pb-Zn, Au- ilménite, diamant, etc.), et les sables noirs Ag, etc.), littoraux en sont les exemples les plus -Environnement de formation ou les conditions physico-chimiques (la température, pression, typiques. Ils peuvent évoluer en paléopla- endroit du dépôt : deep/shallow, roches, etc.), cers par lithification des roches meubles; -Processus de dépôt (remplissage de l'espace Les gîtes chimiques et biochimiques qui ouvert, remplacement, arrangement en cristal, résultent du transport et de la précipitation immiscibilité liquide, évaporation, etc...). des éléments dissous dans les eaux. Ces processus à l’origine de nombreuses roches Six classifications ont été motionné. (calcai- res notamment) génèrent les Niggli (1929) évaporites, des concentrations majeures de Schneiderhöhn (1941) fer, manganèse, plomb-zinc, cuivre et Lindgren (1913, revised 1933, modified 1968) uranium. La concentration peut s’effectuer Bateman (1942, revised 1950, revised 1979) au voisinage de la sur- face, par Stanton (1972) sédimentation et diagenèse précoce Guilbert and Park (1986) (charbon), ou à un stade d’enfouissement A. Affiliation plus avancé; c’est le cas du pétrole et du gaz formés ainsi par diagenèse et migrant par la Gîtes magmatiques suite. Il peut y avoir alors continuité avec Ils sont directement associés à la présence, à un les gisements hydrothermaux. moment donné, d'un magma intrusif. L’appellation biochimique est basée sur Gîtes pneumatolytiques l’intervention des organismes vivants, Les gîtes pneumatolytiques se forment à partir de essentiellement les bactéries ; fluides chauds de faible densité (vapeur d'eau C02, Les gîtes résiduels et d’altération qui F, Cl...) issus des liquides magmatiques dont ils résultent de l’altération sur place d’un s'isolent vers la fin de leur cristallisation. L'action la protolite. L’enri- chissement résulte de plus commune des pneumatolytes est deux processus distincts complémentaires : la greisenisation des roches, c'est-à-dire leur transformation en un assemblage de quartz et la concentration en miné- raux insolubles, de muscovite. La topaze, la tourmaline, et la mise en solution de certains éléments la cassitérite, etc., sont fréquentes dans ce type de qui se redéposent plus en pro- fondeur sous formation (ref forme de nouveaux minéraux. Les latérites http://www.geowiki.fr/index.php?title=G%C3%AE (gisements et plus grosses réserves tologie). mondiales de nickel) et les bauxites (plus Gîtes de contact grosses réserves mondiales d’aluminium) Ces gîtes de contact sont issus des actions sont les représentants les plus répandus de conjuguées de la chaleur d'un magma intrusif et des ce type de gîtes. fluides qui lui sont associés sur les roches encaissantes. Les skarns, qui sont des roches 1. Classifications génétiques des gisements carbonatées enrichies métallifères. en silicates (pyroxènes, épidote, grenats...) et aussi, bien souvent, en minéraux tels que la scheelite, -Le but de classification des gisements métallifères lamolybdénite, la chalcopyrite, etc., en sont est de grouper dans des types restreints ayant certains l'exemple le plus fréquent. critères en commun. Gîtes hydrothermaux -La classification des gisements métallifères : On désigne par gîte hydrothermal toute Devrait proposer des généralisations au sujet de concentration minérale ou métallifère formée à partir l'origine et devrait être applicable dans le domaine de fluides, essentiellement aqueux, de température des descriptions gisements. inférieure au point critique de l'eau (473°C). A partir de ces fluides, qui transportent à l'état dissous et Les critères significatifs utilisés dans ces complexé des substances chimiques, la précipitation classifications étaient : des minéraux a lieu par diminution de la température, -Morphologie ou la forme de gisement (forme, de la pression, et/ou par changement de la taille, attitude), composition chimique et de l'acidité du milieu, provoquant ainsi la sursaturation de la solution. 2|Page  Selon la température de cristallisation des minéraux, Gîtes métamorphiques on distingue : Le métamorphisme est, dans la majorité des cas, un les gîtes de haute température processus endogène (c’est-à-dire qui se produit à ou hypothermaux formés entre 300 et 473°C; l'intérieur du globe terrestre). Le métamorphisme les gîtes de moyenne température agit sur des roches à l'état solide. Il consiste en des ou mésothermaux formés entre 150 et 300°C; modifications structurales, minéralogiques et les gîtes de basse température chimiques exercées sur une roche lorsque celle-ci est ou épithermaux formés entre 50 et 150°C. Les gîtes soumise à des conditions physico-chimiques de type fentes alpines résultent de phénomènes (essentiellement pression et température) différentes hydrothermaux. de celle de sa formation. Le métamorphisme se situe Gîtes sédimentaires entre les processus sédimentaires (faible Les gîtes sédimentaires prennent naissance au cours pression/faible température) et magmatiques. En des processus conduisant aux dépôts de sédiments effet si une roche métamorphique fond, elle devient dans les dépressions naturelles (mers, lacs, sebkhas, une roche magmatique. L'une des conséquences les lagunes, etc.) ou artificielles (salins, marais salants, plus directes du métamorphisme est la etc.). Ainsi se forment, entre autres, les transformation minéralogique et parfois chimique de gîtes évaporitiques, ou salifères, dont les minéraux la roche, par recristallisation. S'y ajoute le plus principaux sont le gypse, l'halite, la sylvinite, souvent la déformation, avec le développement l'aragonite, etc. d'une schistosité ou d'une foliation. Gîtes détritiques Le métamorphisme de contact est localisé au Les grains qui résultent du démantèlement contact des roches magmatiques et il affecte des d'une roche sous l'effet de l'érosion sont véhiculés enclaves et les terrains qu'il traverse, il est surtout lié par l'eau à une distance plus ou moins éloignée de à l'élévation de la température, élévation provoquée leur origine, les minéraux les plus denses se déposent par l'intrusion magmatique. les premiers. C'est ainsi que certains minéraux se Le métamorphisme régional forme de grandes concentrent dans des sites particuliers pour former régions métamorphiques, caractéristiques de les gîtesalluvionnaires ; exemples : gîtes nombreuses chaînes de montagnes et de boucliers alluvionnaires (" placers ") de l'or, du platine, de anciens. Typiquement, le métamorphisme régional la cassitérite. suppose une élévation de la température et de la Gîtes alluvionnaires pression. Gîtes sédimentaires détritiques se formant, par transport et concentration de minéraux utiles, dans B. Classification de Neglli les alluvions des cours d'eau et des plages (ref http://www.geowiki.fr/index.php?title=G%C3%AE Niggli a considéré seulement les gisements liés aux tologie).. processus magmatiques. Gîtes d'infiltrations Les gisements qui sont formés sous haute Ce sont des gisements nés de la précipitation température, pression élevée, des conditions situées de minéraux, par lessivage des parties superficielles en profondeur se nomment comme plutonique, ou de l'écorce terrestre et/ou de gisements de minéraux intrusif ; et les dépôts formés sous la basse plus anciens se trouvant près de la surface (ref température, basse pression, des conditions proches http://www.geowiki.fr/index.php?title=G%C3%AE de la surface se nomment comme volcaniques, ou tologie). extrusive. Gîtes d'oxydation et de cémentation Les Plutoniques sont divisés en Ce sont surtout des minéraux secondaires résultant Orthomagmatique, Pneumatolytique à pegmatitique, de l'oxydation de minéraux métalliques primaires et gîtes hydrothermaux que nous rencontrons dans ces gîtes. L'oxydation des Le critère de classification est la minéraux concernés se produit entre le niveau nature du fluide métallifère : magma, gaz ou fluides hydrostatique et la surface du sol. C'est une zone sous la haute pression, ou solutés. De plus chaque oxydante où l'eau circule aisément. Le chapeau de groupe est encore subdivisé selon la composition fer de certains gisements est l'illustration parfaite de minéralogique. ce phénomène qui se traduit par une forte concentration d'hydroxydes de fer (limonites). En dessous du niveau hydrostatique, l'oxygène joue un rôle moindre et l'on passe à une zone réductrice appelée zone de cémentation. Elle se révèle très intéressante au point de vue minier, car il s'y produit des enrichissements en métal (argent ou cuivre) (ref http://www.geowiki.fr/index.php?title=G%C3%AE tologie).. 3|Page  I. Mafic igneous rock associations I. Plutonic, or intrusive A. Layered mafic intrusions B. Anorthosites A. Orthomagmatic C. Kimberlites 1. Diamond, platinum-chromium D. Carbonatites 2. Titanium-iron-nickel-copper E. Ultramafic volcanic rocks a. Iron-nickel-copper II. Oceanic crust associations sulfide/arsenide III. Intermediate to felsic intrusion associations b. Titanium-iron oxide A. Igneous iron deposits B. Porphyry base-metal deposits C. Hydrothermal iron deposits B. Pneumatolytic to pegmatitic D. Cordilleran vein-type deposits 1. Heavy metals - alkaline earths - E. Pegmatites phophorus - titanium F. Granitic tin and uranium deposits a. Copper-lead-zinc IV. Subaerial volcanic associations b. Tourmaline-rutile V. Submarine volcanic associations 2. Silicon-alkali metals-fluorine-boron-tin- A. Volcanogenic massive sulfides molybdenum-tungsten B. Banded iron formations C. Exhalite gold deposits 3. Tourmaline-quartz VI. Submarine volcanic-sedimentary associations C. Hydrothermal VII. Chemical sedimentation 1. Iron-copper-gold-arsenic A. Sedimentary base-metal deposits 2. Lead-zinc-silver B. Sedimentary iron deposits 3. Nickel-cobalt-arsenic-silver C. Sedimentary manganese deposits 4. Carbonates-oxides-sulfates-fluorides D. Phosphate deposits E. Evaporites F. Manganese nodules II. Volcanic, or extrusive VIII. Clastic sedimentation (Placers) A. Tin-silver-bismuth IX. Weathering B. Heavy metals A. Laterites C. Gold-silver B. Supergene sulfide enrichment D. Antimony-mercury X. Regional metamorphism E. Native copper XI. Solution-remobilization F. Subaquatic-volcanic and biochemical XII. Epigenetic deposits of doubtful igneous connection deposits A. Mississippi Valley type Pb-Zn B. Colorado Plateau type U C. Unconformity-related U Chapitre 6. TYPOLOGIE ET EXEMPLES DE C. Classification de Guilbert et Park GITES METALLIFERES : Guilbert and Park considèrent tous les types des gîtes A- Gîtes d’affiliation magmatique métallifères (Table 6.6). La subdivision est basée sur-: I. Les gîtes liés aux magmatismes mafique et Association roche ankassante nature, morphologie ultramafique (Ni ; Cr ; Cu ; élément du groupe de corps minéralisée, composition minéralogiques et la platine) processus de dépôt II. Les gîtes du plutono-volcanisme alcalin (Carbonatites à Nb, Zr, Ti, U, Th et kimberlites à diamant) III. Les gîtes du plutonisme felsique (Pégmatites, Porphyres, Skarnes) IV. Les gîtes épithermaux Or et Ag associés au volcanisme aérien felsique V. Les gîtes de Pb-Zn du volcanisme sous-marin ("Volcanic-Hosted Massive Sulfides") (VHMS) 4|Page I. Les gîtes liés aux magmatismes mafique et d’ailleurs l’olivine qui peut parfois contenir des ultramafique « Komatiites » v (Ni ; Cr ; Cu ; éléments du groupe du platine. élément du groupe de la platine) 3 Forme de la minéralisation La minéralisation en sulfures Ni-Cu des 1 Introduction komatiites (komatiites une roche volcanique Les sulfures de nickel (Ni), cuivre (Cu) et ultramafique à olivine et pyroxène, riche en magnésium,) éléments du groupe du platine (EGP) d'origine peut se retrouver sous forme de sulfures massifs, magmatique se trouvent en concentration matriciels ou disséminés répartis du bas vers le haut économique encaissés dans les roches mafiques à dans une coulée. ultramafiques. Une partie relativement importante 3.1 Forme originale des gîtes de ces minéraux se trouvent associés à des Les sulfures massifs se rencontrent en coulées de magma komatiitique. Le nickel y est le lentilles dans l'unité péridotitique, à la base de la métal principal exploitable, avec le cuivre et parfois coulée. Une même coulée pourra contenir plusieurs des platinoïdes comme sous-produits (Eckstrand, de ces lentilles concordantes formant un essaim et 1996). seront alors dispersées dans les dépressions Les komatiites sont des roches extrusives associées au paléo-relief du plancher océanique ultramafiques anciennes provenant de magmas très (Eckstrand, 1996). Typiquement, les amas se seront fluides. Le magma provient d'un haut degré de fusion emplacés au fond de chenaux d'écoulement de la partielle de péridotite du manteau supérieur entre lave, de dépressions liées au tectonisme 200 et 400 km de profondeur. Il est caractérisé par synvolcanique et autres cuvettes de diverses son contenu hautement magnésien (de 18 à 32% origines. MgO, parfois plus) et une température de fusion très 3.2 Influence tectonique et forme contemporaine élevée, éruptant entre 1400 et 1700°C (Viljoen et De part leur âge, les sulfures contenus dans Viljoen, 1969). Cette température anormalement les komatiites archéennes ont presque tous été haute (les basaltes modernes éruptent entre 1100 et soumis à une activité tectonique d'intensité variable. 1200°C) était possible à l'Archéen et au Cette activité peut mener à la déformation des Protérozoïque grâce à un gradient géothermique plus sulfures et à une reconcentration dans les charnières élevé. Il en va donc que ce type de gîte ne se trouve de plis. De plus, la fréquente fracturation de ces que dans les terraines jusqu'au Paléoprotérozoïque. zones d'accumulation de sulfures est due à leur Les komatiites sont majoritairement constituées compétence inférieure à l'encaissant komatiitique d'olivine (90-95% Fo), de clinopyroxène et de verre. sus-jacent. (Brèche) Elles sont par ailleurs facilement identifiables par 4 Roches encaissantes leur texture en spinifex (voir figure 1) et une De manière générale, les différents types de stratification interne (Arndt et Nisbet, 1982). gisements à sulfures de Ni-Cu sont associés à des Les gîtes principaux sont ceux de encaissants magmatiques mafiques à ultramafiques. Thompson (MB, Canada), Raglan (QC, Canada), Les unités contenant des minéralisations ont de plus Pechenga (Russie), Kambalda (Australie) ainsi que en commun un enrichissement en soufre. Les Shangani (Zimbabwe) (Lesher, 1989). horizons les plus favorables sont souvent en contact avec des roches à haut contenu en soufre (Jébrak et 2 Minéralogie de la minéralisation Marcoux, 2008). Les komatiites sont des roches 2.1 Minéralogie primaire ultramafiques faiblement potassiques anciennes Les gîtes magmatiques de sulfures de nickel issues du volcanisme archéen à protérozoïque. Leur présentent un assemblage minéralogique typique de haut contenu en magnésium (>18%) et faible base composé de pyrrhotite (Fe1-xS), pentlandite contenu en silice en fait des magmas très fluides ce ((Fe, Ni)9S8) et chalcopyrite (CuFeS2). Les autres qui cause des horizons puissants s'étendant sur principaux minéraux metallifères communs dans les plusieurs kilomètres. Leur assemblage komatiites à Ni-Cu sont la pyrite (FeS2) et la minéralogique à fort contenu en minéraux mafiques magnétite (Fe3O4). Il est aussi possible de trouver présuppose une température d'extrusion de plus de primairement de la sphalérite ((Zn,Fe)S), millérite 1400 °C leur permettant d'inclure les sulfures en (NiS), et violarite (Jébrak et Marcoux, 2008 et fusion dans le liquide (Viljoen et Viljoen, 1969). Eckstrand, 1996). Liés à l'olivine de la roche hôte, les sulfures adoptent souvent une texture en filet. Le Les gîtes de sulfures disséminés contenus magma komatiitique primitif est riche en nickel et dans les intrusions komatiitiques sous forme de devra éventuellement devenir sursaturé en soufre filons couches n'atteignent pas de concentrations afin de précipiter ces sulfures. Sa température élevée économiques contrairement aux effusifs (Eckstrand, le place sous le solidus des sulfures. Les gouttelettes 1996). de liquide sulfuré percolent du liquide silicaté et sont transportés avec les cristaux d’olivine. C’est 5|Page  Ces sulfures sont présents surtouts dans le Tel que déjà discuté, les komatiites assez faciès l'ultramafique, le gisement Thompson étant magnésiennes et chaudes pour être minéralisées une exception notable. Finalement, les horizons datent de l'Archéen et du Protérozoïque inférieur. La minéralisés sont plus souvent qu'autrement conséquence immédiate est que la minéralisation intercalés par des séquences sédimentaires marines associée date aussi de ces époques dans les sulfurées qui peuvent avoir été assimilées par principaux gîtes mondiaux. érosion thermique (Lesher 1989). 7 Hydrothermalisme Les gisements sont souvent situés dans des zones où La minéralisation est obtenue par la cristallisation de l'encaissant a subit du métamorphisme élevé. La la coulée, et non par circulation subséquente des magnétite issue de la serpentinisation de l'olivine fluides. L'eau peut par contre jouer un rôle lors de peut s'avérer utile à la prospection. Les roches l'épisode de saturation en soufre du magma par minéralisées montreront également un assimilation du soufre de lithologies adjacentes appauvrissement en éléments chalcophiles (Jébrak et (Lesher, 1989). Marcoux, 2008). 8 Source des métaux et du soufre 5 Environnement géodynamique 8.1 Origine des métaux Les komatiites sont créées dans des environnements Tant la minéralisation que l'encaissant sont d'origine extensifs à une époque où la Terre était sensiblement magmatique directe et donc liés à la formation ainsi plus chaude. Elles sont émises par des systèmes que l'épanchement des magmas komatiitiques. Issus fissuraux et forment des plaines de laves de plusieurs de la fusion partielle du manteau supérieur kilomètres. Le magma ainsi effusé s'étend sur les péridotitique à un taux de plus de 50%, le contenu fonds océaniques à la manière des dorsales des coulées reflète la composition archéenne du modernes. Dans un certain nombre de régions, elles manteau supérieur, composé principalement auraient pu avoir érupté sur une croûte continentale d'olivine, orthopyroxène et clinopyroxène. primitive couverte par une mer (Arndt, 2008). L'incorporation de concentrations L'époque de formation correspond sans doute à une significatives de nickel dans la phase liquide suppose période importante de formation de croûte donc que le magma en question soit particulièrement continentale. primitif et obtenu d'un haut degré de fusion partielle. De manière plus spécifique, les gîtes importants se Les komatiites sont des cas plutôt extrêmes de ces retrouvent dans deux contextes différents tout deux critères, et c'est la raison pour laquelle ce sont des aujourd'hui localisés au coeur ou en bordure de roches susceptibles de contenir de la minéralisation cratons archéens stables (Naldrett, 1989). en nickel. Le cuivre est lui aussi originaire de la fusion partielle du manteau et sera fortement - Les magmas y ont été émis dans des zones partitionné dans le liquide sulfuré en sa qualité d'effondrement central accommodées par des d'élément hautement chalcophile (Arndt 1982). systèmes de failles normales (Eckstrand, 1996). Les 8.2 Origine du soufre laves ont coulé dans un milieu marin profond. Les ultramafiques porteurs de sulfures Ni- - Marges continentales de divergence : Les Cu ont tous en commun le fait d'être passés par un gisements plus récents mis en place au Protérozoïque épisode de sursaturation en soufre. L'origine de ce inférieur sont situés dans des contextes de marges soufre contenu dans les effusions minéralisées est continentales de divergence. Ils sont en bordure des toujours source de débats et est fort probablement croûtes continentales précoces, les cratons archéens. multiple (Naldrett 2007). -Les conditions internes et superficielles de la Terre L'hypothèse la plus largement acceptée sur au Paléoprotérozoïque pouvaient créer des la source la plus significative du soufre est liée à la environnements de rift sur des roches supracrustales présence de roches encaissantes sulfurées (Grinenko en bordure de continent. Cela s'exprime par des 1985). Par assimilation du soufre au contact de ces strates volcano- sédimentaires marines en roches, le magma komatiitique augmenterait sa discordance sur un socle rocheux archéen. Ces concentration en soufre. komatiites se formèrent à température moindre et 9 Modèle de formation de la minéralisation sont en conséquence moins magnésiennes La genèse des sulfures tient son origine dès la (Eckstrand, 1996). formation de l'encaissant komatiitique lors de la fusion partielle du manteau supérieur. Les propriétés 6 Âge de la minéralisation caractéristiques des komatiites déjà mentionnées La cristallisation en sulfures est plus haut permettent la création d'un magma propice syngénétique au refroidissement de l'encaissant et : haut contenu en nickel (ainsi que cuivre et parfois n'origine pas de l'altération hydrothermale ou du EGP) et température élevée au-dessus du solidus des métamorphisme subséquent; le liquide sulfuré a été sulfures, tel qu'illustré à la figure 6. La solubilité des transporté par le magma (Jébrak et Marcoux, 2008). sulfures dans les magmas ultramafiques augmente La minéralisation est conséquemment âgée comme avec la température, ce qui explique la présence de la roche komatiitique hôte. minéralisation dans les komatiites (Naldrett 2004). 6|Page  Le magma ainsi produit doit éventuellement devenir pourquoi l’Afrique du sud, l’Australie et le Canada sursaturé en soufre avant la cristallisation, par l'un ou sont dans les principaux producteurs de diamant. En l'autre des mécanismes mentionnés précédemment. 2007, la production mondiale de diamant naturel est En général, il s'agit de l'assimilation du soufre des de près de 180 millions de carats, tandis que celle du sédiments marins pyriteux par érosion thermique des diamant synthétique atteint 560 millions de carats coulées. Sinon, la baisse de température et pression (Jébrak & Marcoux, 2008). ou l'assimilation de composantes crustales felsiques aura pour effet de diminuer la solubilité des sulfures sans en ajouter directement (Perring et al. 1994). D'une manière ou d'une autre, l'assimilation du soufre doit se faire tardivement puisque des laves saturées en sulfures auraient peu de chances d'atteindre la surface (Lesher et Groves 1986). Ensuite, la haute température du magma permet la ségrégation du liquide sulfuré en fusion et immiscible ainsi que sa percolation dans le magma. II. Les gîtes du plutono-volcanisme alcalin (Carbonatites à Nb, Zr, Ti, U, Th et kimberlites à diamant) Figure 1 : Carte des cratons archéens à travers le monde et leurs relations avec la présence de Kimberlites diamantifères kimberlites diamantifères (Kjarsgaard, B.A, 1996). 1 Introduction Les kimberlites sont des roches ultramafiques et ultrapotassiques qui ont la particularité d’être les 2 Teneur Tonnage hôtes des diamants, pierres précieuses connues pour 2.1 Teneur leurs grandes duretés, leurs propriétés optiques (haut La teneur des diamants dans les kimberlites varie taux de réfraction et fort pouvoir réflecteur) et leur entre 0.5 et 5 carats/tonne. Ce qui équivaut à une propriété électrique (bon isolant électrique). Les teneur de 0.1 à 1 ppm dans la roche. La quantité de débuts de l’étude des kimberlites datent de 1866 en matériaux provenant du manteau lors de la remontée Afrique du Sud avec un galet à l’apparence de la kimberlite joue un rôle sur la quantité de anormale. Le minéralogiste W. Guybon Atherston de diamants retrouvée dans celle-ci (Kjarsgaard, B.A, Grahamstown en 1867 a su identifier la nature 1996). Aussi, il peut y avoir des mises en place qui anomalique de la roche composée de fins cristaux de réduisent la teneur, par exemple lorsqu’il y a dans le diamants (Dawson, 1980). Le nom de cette roche, magma kimberlitique une forte concentration kimberlite, vient de la ville en Afrique du Sud qui fut crustale (Kjarsgaard, 1996). Finalement, certains longtemps le centre de l’exploitation des kimberlites faciès (discutés dans la section sur l’environnement diamantifère (Dawson, 1980). En 1996, un total de géodynamique), comme celui des cratères et 5000 kimberlites était répertoriées, avec seulement diatrèmes, favorisent l’apport des xénocristaux 70 exploités à ce jour (Kjarsgaard, B.A, 1996). diamantifères (Kjarsgaard, 1996). Contrairement à la majorité des métaux, la valeur du diamant ne dépend pas de sa quantité, mais bien de 2.2 Tonnage sa qualité. Cette qualité est calculée en 4 C; carat, La dimension des gisements de kimberlites clarté, couleur et coupe (forme) (Jébrak & Marcoux, diamantifère est fonction de trois paramètres 2008). Un carat est une unité de mesure qui distinctifs qui influencent le tonnage. Premièrement, correspond à 0.2g. Une gemme de 5 carats aura donc les kimberlites se présentent sous forme de une masse d’un gramme. Un diamant de qualité cheminées influençant la forme du cratère et moindre avec une clarté, une couleur ou une coupe influencent le tonnage. Par exemple, celui-ci sera insuffisante pour la joaillerie sera utilisé à des fins avantagé s’il y a amalgamation de plusieurs industrielles. En effet, le marché du diamant est très cheminées. Les autres facteurs sont la géologie de la varié, il existe plusieurs types de diamants variant en région et le degré d’érosion (Kjarsgaard, 1996). En qualité et en prix (de 2 à 65 000$ le carat) (Jébrak & effet, les kimberlites sont relativement friables et, Marcoux, 2008). De l’utilisation industrielle à la donc il y a une perte notable par l’érosion du joaillerie, du diamant synthétique à la gemme (50% matériel. Habituellement, les dimensions des gîtes de de la production de diamant naturel) sont exploitées kimberlites sont aux alentours de 0.6 km3 à 3 à travers le monde (Jébrak & Marcoux, 2008). km3 pour les gîtes près de la surface de la Terre 1. L’exploitation à travers le monde (Kjarsgaard, 1996). Les Kimberlites diamantifères se retrouvent en majorité sur les cratons archéens (figure 1), c'est 7|Page 3 Minéralogie trois différentes forment caractérisées par différentes 3.1 Minéralogie de la kimberlite minéralogies et textures. Chacun des faciès influence directement la mise en place de la minéralisation; Ultrapotassique, ultramafique et riche en Le faciès de cratère est créé par l’extrusion du volatils (H2O et CO2), les kimberlites présentent des magma kimberlitique à la surface. De ce fait, celui- assemblages minéralogiques peu courants. L’olivine ci est rare, car souvent érodé contribuant à la se retrouve en abondance dans ces roches, quelques dispersion des diamants et de la découverte du fois de composition calcitique (monticellite gisement. Cette dispersion contribue toutefois à CaMgSiO₄.). Les minéraux présents peuvent être la plusieurs découvertes de ces gisements. Le cratère phlogopite (mica), le diopside (clinopyroxène), la est constitué de la lave kimberlitique, de roches serpentinite et la calcite. Les minéraux mineurs qui pyroclastiques et de roches volcano-sédimentaires se retrouvent dans ces roches sont l’apatite, le grenat (Mitchell, 1995). Ces roches sont caractérisées par pyrope (Mg) et almandin (Fe) ainsi que la magnétite une matrice fine et sont souvent altérées. C’est ce (Jébrak & Marcoux, 2008). faciès qui sera décrit comme « terres bleues » vu la transformation de l’olivine en serpentine en contact Lors de la remonter, le magma kimberlitique est avec la surface. contaminé par la roche encaissante. Les parois des Le faciès de diatrème est un édifice vertical cheminées kimberlitiques seront bréchifiées remontant vers la surface (allure de cheminée). Il est (Kjarsgaard, 1996). Ces roches sont donc principalement démarqué par son caractère hétérogènes avec une matrice fine, des fragmenté et de brèche volcano-clastique (Mitchell, macrocristaux automorphes (cristalisation 1995). Les diatrèmes sont plus évasés vers la surface magmatique), des phénocristaux automorphes et rétrécis en profondeur. Les roches associées à ce (cristalisation magmatique), des xénolites provenant faciès sont riches en xénolites et en diamants comme de la roche encaissante ainsi que des xénocristaux. le faciès de cratère, sans son aspect friable et Ces derniers sont des cristaux d’origine étrangère à altérable. la roche, plus précisément de provenances mantellique caractéristique aux kimberlites 5 Âge (Kjarsgaard, 1996); 5.1 Diamants Les diamants sont plus anciens que leurs roches 3.2 Minéralogie de la minéralisation hôtes (3.2 Ga à 1 Ma) la majorité sont d’âge situé Le diamant est la seule minéralisation rentable et entre 1500 et 3000 Ma (Robb, 2007). Le plus vieux exploitable des kimberlites (Kjarsgaard, 1996). Ça diamant retrouvé sur terre est de type-P et est âgé de particularité est d’être un polymorphe instable à la 3.57 Ga (Kjarsgaard, 2007). Avant cet âge, la surface de la Terre composé de carbone. trois phases lithosphère trop mince et l’asthénosphère trop du carbone sont présentées : le diamant gemme, un chaude (géotherme plus élevé) ne remplissaient pas mélange de diamants et de graphites, et pour finir, du les conditions favorables au développement de graphite. Ce qui distingue les formes des deux diamants (Kjarsgaardb, 2007). Le plus jeune cristal minéraux sont les mailles cubiques ainsi que les liens trouvé, quant à lui, est daté du Crétacé (75-150 Ma), ioniques entre les éléments qui sont de loin plus fort ce qui laisse croire que la formation de diamant n’est pour le polymorphe du diamant, mais instables à pas continue, mais plutôt épisodique (Kjarsgaardb, pressions et températures ambiantes (Klein et 2007). Dutrow, 2007). 5.2 Kimberlites 3.3 Altération Environ 80% des kimberlites auraient érupté au Comme mentionné à la sous-section tonnage, les cours des 320 derniers millions d’années (Trond et kimberlites sont très friables et aussi altérables al, 2010). La majorité date du mésozoïque au lorsqu’elles atteignent la surface de la terre. En effet, cénozoïque (250 à 0 Ma) (Jébrak & Marcoux, 2008). particulièrement celles aux faciès de cratère et Le tableau 2 montre une répartition des âges aux diatrème sont sujettes à la météorisation (Kjarsgaard, teneurs en diamants rentables. Tableau 2 : 1996). Le principal processus chimique sera la Distribution des kimberlites et leur âge associé réaction des pyroxènes et de l’olivine s’altérant en (Jébrak & Marcoux, 2008). serpentine formant ainsi des «terres bleus» (Jébrak & Marcoux, 2008). 4 Forme et structure Les gisements de nature kimberlitique sont regroupés en plusieurs intrusions (2 à 20) pour former un champ de kimberlite d’environ 50km (Kjarsgaard, 1996). Ces intrusions se présentent sous 8|Page 7 Environnement géodynamique 7.1 Diamants Le diamant a la particularité d’être stable dans certaines conditions de pressions et de températures. Figure 11 : Coupe verticale à travers la lithosphère et À la figure 10, il est possible de voir les conditions l’asthénosphère avec minéraux indicateurs de la de stabilité du diamant versus les conditions de son profondeur auxquels ils sont stables et cristallisent. polymorphe, le graphite, et les conditions du Ces minéraux peuvent se retrouver en inclusion dans géotherme de la Terre. C’est-à-dire que pour mettre les diamants et de se fait indiquer de la profondeur en place des diamants il faut respecter le champ de minimale de formation de la minéralisation (Stachel, stabilité et les conditions thermiques et 2005). barométriques de la Terre. En effet, son champ de stabilité en pression est de 50 à 60 Kbar, soit des 7.2 Kimberlites profondeurs variantes entre 100 et 250 km. Les La formation des kimberlites, sa profondeur ainsi températures auxquelles on les retrouve se situent que sa remontée sont des sujets mal définies et entre 900 et 1400°C (Mitchell, 1991). De ce fait, les connues. Plusieurs hypothèses ont tenté d’expliquer diamants sont stables à la base de la lithosphère la nature de ces roches volcaniques. Beaucoup ancienne (Cartigny, 2005). Cependant, certaines d’entre elles font référence aux inclusions trouvées évidences indiquent que des diamants proviennent dans les xénocristaux. L’un d’entre elle, d’après quelques fois de plus grandes profondeurs allant Ringwood et al., 1992 et Haggerty, 1994 , la source jusqu’à plus de 660km (Stachel et al, 2004). des kimberlites viendrait de grandes profondeurs (>480 km). Ainsi, la profondeur supposée par ces auteurs correspondrait à la zone de transition du manteau (Mitchell, 1995). Ces hypothèses sont d’après les découvertes d’inclusion de grenat majorite discuté précédemment. En effet, ces inclusions induisent des profondeurs de formation de diamant plus grande, en sachant que le magma kimberlitique vient de plus grande profondeur puisqu’il ramasse les xénocristaux lors de sa remontée. D’après la différence d’âge des diamants et des kimberlites, les diamants sont des xénocristaux donc sont des enclaves arrachées à leur milieu lors de la remontée du magma. D’autres Figure 10 : Diagramme de stabilité du graphite et du hypothèses avec le même résonnement, mais des diamant en fonction de la pression (profondeur) et de profondeurs d’inclusion différentes sont aussi la température (Cartigny, 2005) proposées et répertoriées par Mitchell, 1995. En bref, il y a des hypothèses de profondeur variant entre la limite du noyau et du manteau inférieur, la limite de transition du manteau et dans le manteau supérieur (dans la lithosphère). Cette dernière hypothèse concerne principalement les orangeites (type 2 des kimberlites) (Heaman et al., 2003). 8 Nature du carbone 9|Page Pour connaitre l’origine du carbone formant les diamants, les isotopes du carbone et de la nitrogène renseignent quelque peu sur la source géodynamique. Les inclusions dans le diamant, qui sont syn-génétique, permettent d’étudier les isotopes du sulfure et du soufre retrouvés dans celles-ci. La source du carbone dans la nature est diversifiée. Cependant, elle l’est un peu moins dans les grandes profondeurs de la terre où se trouve la stabilité des diamants (la majorité se forme à des profondeurs de 150 à 200 km). Les isotopes du carbone sont le 12C et 13C qui en diverses proportions forment une phase de carbone. C’est par son delta qu’est connue la provenance du carbone. Certaines valeurs de l’isotope du carbone peuvent indiquer la source de celui- ci. Par exemple, de faibles valeurs isotopiques en carbone 13 seraient attribuées au carbone des sédiments recyclés via les processus de subduction. Aussi, il y a le carbone Figure 14: Formation des diamants par une métasédimentaire de provenance organique. Les subduction de croûte océanique à différentes rapports isotopiques typiques de ces derniers se profondeurs en fonction d’inclusion trouvée dans le retrouvent entre -25 et 0‰. Tandis que le carbone diamant. Les diamants avec des inclusions de d’origine mantellique à un delta plutôt stable autour majorite sont ceux trouvés sous la discontinuité de de -5‰ (Cartigny, 2005). 660km (Stachel et al., 2005). Deux provenances de ce carbone sont normalement considérées. Le type P et le type E sont les 2) L’autre hypothèse est reliée à l’existence d’un simplifications des types de diamants les plus point chaud. Cette hypothèse concorde avec la nature communes dans la littérature classifiée selon la alcaline du magma. En effet, habituellement, les provenance. Le type-P représente des roches roches alcalines ont une provenance anorogénique. péridotiques constituant le manteau. Le type-E, E Les « hots spots » seraient causés par la plume pour les éclogites, est des roches métamorphiques de mantellique profonde qui reste encore un grand grande densité, rare à la surface de la Terre, formées mystère pour les géoscientifiques (Jébrak et dans le processus de subduction. Marcoux, 2008). 9 Modèle génétique Le modèle génétique de la mise en place des magmas III. Les gîtes du plutonisme felsique (Pégmatites, kimberlitiques diamantifères doit tenir compte de Porphyres, Skarnes) quelques particularités propres au gisement. En effet, Les édifices volcaniques et leurs chambres il est nécessaire d’expliquer la nature du magma, sa magmatiques sous-jacentes constituent un fusion partielle, sa remontée et son extrusion. environnement géologique qui donne naissance à un Le magma primitif a plusieurs hypothèses quant à ensemble de types de gîtes. Les porphyres sont des son origine. La théorie la plus acceptée reste que la gîtes de gros tonnage (100 Mt et plus) et de faible fusion partielle se soit faite dans une péridotite teneur (< 1.5 % Cu) associés à des intrusions carbonatée. Aussi, plusieurs hypothèses existent dominées par des faciès porphyriques. On en pour expliquer l’origine de cette fusion partielle à reconnaît plusieurs types : Cu-Mo, Cu-Au, Mo, Sn, grande profondeur. Deux principes sont plus retenus W(Mo). Ils représentent des intrusions sub- par la communauté scientifique ; volcaniques. Lorsque ces intrusions se mettent en 1) L’existence des kimberlites serait due, selon place dans des séquences de carbonates, le McCandless (1999), à une subduction de croûte métasomatisme entre l’intrusion siliceuse et la roche océanique (figure 14). En effet, lors de la subduction carbonatée encaissante peut former des skarns et des il y a décarbonatation et déshydrations de la couche « mantos » (Cu, Au, Pb-Zn-Ag, Fe). Dans l’édifice subductée et fusion partielle du manteau. Les fluides volcanique, l’interaction des eaux de surface (de libérés mettraient en fusion le manteau. La vitesse de bassin, de mer ou météorique) et des fluides subduction réduite, la chaleur migre vers la plaque hydrothermaux magmatiques peut donner des gîtes lithosphérique continentale (Heaman et al., 2003). filoniens d’Au-Ag épithermaux. Porphyres à Cu-Au 1 Introduction 10 | P a g e  Les gisements de porphyre à cuivre et or sont des dépôts hydrothermaux et magmatiques Les principaux minerais de cuivre des dépôts de associés à un système plutonique de faible porphyre à Cu-Au sont la chalcopyrite, la bornite, la profondeur (1 à 5 km). Ils consistent en de vastes chalcocite et la tennantite. Pour l’or on retrouve accumulations de minerai à teneur faible ou principalement l’or natif, qui minéralise en fine moyenne où la répartition des minéraux métalliques plaque dans les sulfures de cuivre, l’électrum et les primaires (hypogène) est régie principalement par tellures. Les minéraux associés incluent la pyrite, des contrôles structuraux et liés, tant sur le plan l’arsénopyrite, la magnétite, le quartz, la biotite, les spatial que génétique, à des intrusions porphyriques feldspaths alcalins ainsi que l’anhydrite, épidote, de composition felsique à intermédiaire. Les chlorite, scapolite, albite, calcite, fluorite et grenat. minéraux secondaires sont généralement développés La minéralisation de la magnétite est précoce ou dans une zone supergène enrichie en cuivre par synchrone au développement de Cu et Au. La météorisation des sulfures primaires. chalcopyrite est souvent le principal minerai de Dans ces gîtes, la présence de brèches et cuivre économique. d’intrusions mises en place entre les zones Lorsque l’or est associé aux minéraux de cuivre, il minéralisées pendant ou entre les périodes de s’agit d’un magmatisme oxydant de type 1 (série à minéralisation témoigne d’un étroit lien temporel et magnétite). Ce magmatisme peut être alcalin (Ajax génétique entre le magmatisme et la minéralisation en Colombie-Britannique) ou dioritique à hydrothermale. Les porphyres à Cu-Au sont liés au monzodioritique (Batu Hijau en Indonésie). La magmatisme calco-alcalin des zones de subduction minéralisation se présente comme un ensemble de des arcs océaniques et continentales. La veinules avec de fines altérations. Le second type est minéralisation se présentant surtout dans des associé au magmatisme calco-alcalin fractionné des stockwerks, des filons, des réseaux de filons, des chaînes de collisions et, dans ce cas, il s’agit plutôt fractures et des brèches. de plusieurs systèmes filoniens externes au pluton. L’âge des gîtes à porphyre s’étend de l’Archéen à l’Holocène, quoique la plupart des gisements 4 Forme de la minéralisation rentables datent du Jurassique ou d’une époque plus La forme générale d’un dépôt à porphyre est très récente. Ils sont souvent mésozoïques et surtout variée et inclus des formes irrégulières, ovales, cénozoïques, ce qui est expliqué par des intrusions cylindriques, pleines ou creuses (Lowell and superficielles occupant des zones soumises à une Guilbert, 1970; McMillan and Panteleyev, 1980).La remontée rapide et, par conséquent, facilement figure 6 montre une forme typique des gîtes à érodé. Il y a cependant des porphyres archéens riches porphyre. Les corps minéralisés peuvent apparaître en or. séparément ou en chevauchement et dans certains cas, en empilement. Un corps minéralisé individuel 2 Tonnage et teneur peut mesurer des centaines à des milliers de mètres Les teneurs moyennes d’exploitation sont faibles en trois dimensions. La minéralisation a un zonage mais leur grand volume explique l’intérêt de ces caractéristique avec un noyau stérile, une zone gisements. Les teneurs en métaux varient métallifère grossièrement concentrée souvent considérablement, mais sont, en moyenne, entourée d’un halo pyritisé stérile. On retrouve généralement un peu moins de 1%. La teneur en parfois des veines périphériques, skarns, mantos de cuivre des dépôts de porphyre à Cu-Au sont remplacement et dépôt épithermal de métaux comparable aux autres dépôts à porphyre de cuivre, précieux. Un modèle irrégulier est dû, en partie, à la environ 0.2 % à 1.5 % Cu, mais le contenu en or est superposition et la séparation spatiale des zones considérablement plus grand, variant entre 0.2 g/t et d’altérations et de minéraux d’âges différents 2.0 g/t Au. (Sinclair, 2007). 3 Minéralogie et minéralisation La minéralisation des dépôts à porphyre est très variée. Elle se retrouve principalement sous forme de stockwerk, brèche et filon. Les brèches plutoniques hydrothermales en profondeur sont souvent bien minéralisées et les brèches volcaniques hydrothermales sont souvent stériles car ils matérialisent l’évacuation des fluides vers l’atmosphère (Cooke et al., 2005). Les sulfures se forment dans des fissures et des veinules de toutes les dimensions, donnant ainsi le caractère disséminé de ce type de minéralisation. 11 | P a g e  intrusifs calc-alcalin dioritique à quartz et shoshonitique possèdent un contenu en or élevé (Kesler et al., 1977). Ces gîtes sont souvent dioritiques avec une continuité Cu-Mo-Au tonalitique. Les porphyres alcalins à Cu-Au présente des intrusions alcalines souvent monzonitique ou bien shoshonitique riche en chlorite. Les plus riches en or (Bingham et Grasberg) sont riches en alcalin, pauvre en SiO2 et élevé en K2O/Na2O (Jébrak, 2011). Un basalte volcanique compose souvent la roche encaissante des dépôts à porphyre riche en or comme c’est souvent le cas pour le porphyre à cuivre (voir figure 9). Par contre, pour Cu-Au, on retrouve des rhyolites, basaltes, siltstone, péridotite serpentinisée, monzonite, greywacke. Or, la roche encaissante ne contrôle pas le contenu en or (Sillitoe, 1979). Ce type de gîte présente généralement un ratio Figure 6. Forme typique de la minéralisation gabbro : diorite : granite d’environ 15 :50 :35 pour (Jébrak, 2011) une teneur en Na2O (felsique) plus grande que 3,2% La minéralisation se présente souvent sous forme de tandis que le ratio Al2O3 :Alkalis+CaO se tient stockwerk, filonnet, veine, dissémination, pipe généralement en dessous de 1:1 (selon Jébrak, M., bréchique. Ces formes sont des images des 2011). Souvent polyphasé avec des roches à texture conditions de mise en place allant des porphyres porphyrique, ces gîtes sont composés de petites plutoniques profonds (environ 4 km de profondeur) intrusions emboîtées de diorite à monzonite à des porphyres subvolcaniques immédiatement sous quartzique, de granodiorite et parfois de tonalite, la surface (Sutherland and Brown, 1976). La figure associés à des pyroclastites andésitiques. Ce sont 7 présente l'évolution du stockwerk minéralisé. Le principalement des ensembles monzogranitique à relevé des directions des veines et stockwerk indique texture subvolcanique avec des minéraux peu que l’orientation n’est pas aléatoire et que les hydroxylés tels la biotite et la hornblende. fractures se forment en réponse aux contraintes 6 Environnement géodynamique maximales résultant d’un compromis entre les La série plutonique orogénique des porphyres à contraintes régionales et la mise en place de cuivre et or provient d’arc océanique et de marge l’intrusion. Les pipes bréchiques se forment par continentale (Pitcher, 1983). L’arc magmatique, y dégazage brutal des volatils. Il y a les pipes compris l’arrière arc sont généralement compressif à plutoniques-hydrothermaux, en profondeur, souvent extensif, mais jamais complètement extensif quand minéralisées et les pipes volcaniques- il y à présence d’un rift à magmatisme bimodal. hydrothermaux, en surface, souvent stériles à cause Donc plutôt compressif avec formation de chambre de l’évacuation des fluides vers l’atmosphère (Cooke magmatique supra-crustal. Il y a une sous-structure et al., 2005). faillée des arcs et des failles continentales. Ces systèmes sont fréquemment associés à des magmas produits par subduction dans un milieu oxydant. Ce sont des districts de 5 à 30 km de long (Jébrak, 2011). La figure 11 présente le contexte pour les différents gites à prophyre. Alternativement, la fusion du manteau peut être causée par la transition d’une marge convergente à transformante ou par l’augmentation de l’angle et le retrait d’un morceau de croûte en subduction (voir figure 13). Les grands dépôts en mode arrière-arc, Figure 7. Évolution de la forme de la comme Bingham et Bajo de la Alumbrera sont minéralisation (Grews et al., 2005) attribués a une extension arrière-arc liée a un retrait d’une partie de la croûte. En contraste, par exemple 5 Roches encaissantes Batu Hijau et El Indio, sont un produit de l’activité Les gîtes de porphyre à Cu-Au sont souvent finale de l’arc avant la migration vers la surface du caractérisés par un intrusif hôte pauvre en quartz. Les magmatisme pour créer un arc plus jeune. Les dépôts 12 | P a g e géants Bingham et Grasberg, ultimement reliés à la chimiques de base. Sur la figure 16, la ligne 1 convergence des plaques, ne sont pas localisés dans correspond à la réaction suivante : une zone de subduction et de volcanisme en arc en 3KAlSi3O8 + 2H+ = KAl3Si3O10(OH)2 + 6SiO2 + état d’équilibre. 2K+ (K-feldspath + 2H+ = Muscovite + Quartz + 2K+) 7 Altération hydrothermale et la ligne 2 à la réaction: L’altération hydrothermale est extensive et 2KAl3Si3O10(OH)2 + 2H+ + 3H2O = typiquement zonée à l’échelle du dépôt aussi bien 3Al2Si2O5(OH)4 + 2K+ qu’autour de veine individuelle et fracture (Lowell (Muscovite + 2H+ + 3H2O = Kaolinite + 2K+ ) and Guilbert, 1970). Dans la plupart des dépôts à 8 Âge de la minéralisation porphyre, les zones d’altération consistent en une L’âge des dépôts à porphyre va de l’archéen jusqu’à zone d’altération potassique intérieure et une zone récemment, quoique la plupart soit du jurassique ou extérieure d’altération propylitique beaucoup plus plus jeune. Plusieurs sont connus datant du développée (voir figure 14). Entre ces deux zones se mésozoïque au tertiaire, certain à travers le développent les zones d’altération phyllique et phanérozoique ainsi que quelques un protérozoïque argilique lorsque présentes dans le système. La (voir figure 20). Aucun intervalle de temps relation spatiale et temporelle des différents types particulier n’est caractérisé par la formation des gîtes d’altération est détaillée schématiquement à la figure de porphyre à Cu-Au, par contre les porphyres riches 15. en or sont plus communs au cénozoïque. Globalement, la période de développement des gîtes à porphyre est d’âge jurassique, crétacé, éocène et miocène. Il y a eu formation de porphyre à Cu-Au durant le phanérozoique. L’âge de ces dépôts coïncide souvent avec les ceintures orogéniques. La majorité des dépôts à porphyre ont été générés il y a moins de 40 millions d’années parce que la profondeur moyenne d’érosion est plus faible et le potentiel de préservation des dépôts est par conséquent plus élevé. Il est surprenant de noté que 5 des plus grands gîtes de porphyre à Cu-Au de la région pacifique sont très jeune et date d’il y à 5 millions d’années maximum. On pense à Ok Tedi (1.1 Ma), Grasberg (3.3 Ma), Batu Hijau (5 Ma), Far South East (1.5 Ma) et Panguna vieux de 3.5 millions d’années avec des roches intrusives calco-alcaline Figure 14. Modèle d’altération des porphyres vieilles de 3.5 à 5 millions d’années. Cette (Lowell and Guilbert, 1970) observation confirme que les taux d’érosion et d’exhumation ont été exceptionnellement rapides dans cette région (Sillitoe, 1993). 9 Source des fluides, du soufre et des métaux L’origine et l’évolution des fluides, du soufre et des métaux et leur impact sur la minéralisation des dépôts porphyrique sont complexes et dépendent grandement de la composition initiale et du chemin parcouru. La source des fluides semble principalement mantellique avec contribution crustale et la cristallisation fractionnée amène la génération de phase riche en volatiles enrichis en métaux. Certains métaux sont dérivés, par des fluides météoriques, de la partie supérieure de la croûte, mais la plus grande partie semble provenir de Figure 15. Type d’altération selon la profondeur la chambre magmatique. Le soufre joue un rôle et le temps (Sillitoe, 1993) primordial dans la formation de la minéralisation et Les changements dans le type d’altération le transport de l’or dans les gîtes de porphyres. hydrothermale sont régis par des équations 9.1 Source des fluides 13 | P a g e Les fluides magmatiques transportant les éléments et par l’action des bactéries et produit du H2S piégé responsables de la minéralisation prennent source dans la pyrite. Ces données sur le soufre démontrent principalement dans la chambre associée. Ces que les minéraux sulfatés sont isotopiquement lourd fluides sont exsolvés depuis l’intrusion porphyrique et que les sulfures sont isotopiquement léger, ce qui cristallisante. La solution magmatique est le cas pour un système magmatique hydrothermale se développe à des températures hydrothermal. allant de 450 à 750 °C et à des profondeurs de 1 à 5 km sous la surface. Ces solutions sont généralement 9.3 Source des métaux suivies d’eaux météoriques convectives à laquelle Le cuivre et l’or des gîtes de porphyre elles se mélangent. Les fluides météoriques proviennent principalement de magma mafique hydrothermaux ont des températures de 250 à 450 °C dérivé du manteau (Skewes et al., 2002). Les et circulent à des profondeurs de 0.5 à 1km. magmas d’arc ont un potentiel élevé de genèse du Depuis leur source ignée, les fluides en ascension cuivre et de l’or s’ils ont un haut degré d’oxydation. subissent une décompression et un refroidissement. Pour atteindre ce degré élevé d’oxydation, ces Les fluides vont alors se séparer en une phase vapeur magmas doivent contenir une partie de croûte de faible densité et un liquide dense hypersalin. océanique en fusion parce qu’ils contiennent des L’analyse d’inclusion indique qu’il y a trois classes volatiles provenant d’une croûte océanique humide de fluide. Les fluides hypersalins, largement dérivé et des sédiments sus-jacents (Mungall, 2002). La du magma, contiennent jusqu'à 40% poids NaCl source potentielle des métaux se situe dans la associé à une température d’homogénéisation de 750 lithosphère continentale (voir figure 23 ci-dessous) °C ou plus. Les fluides à haute salinité avec 10 à 25% et sa fusion partielle avec la croûte produite le poids NaCl et une température d’homogénéisation magma mafique primaire. de 250 à 600 °C puis les fluides a faible salinité avec moins de 10% poids NaCl et des températures allant de 200 à 400 °C (Lowell and Guilbert, 1974, Sillitoe, 1997). Figure 23. Source potentielle des métaux (Jébrak, 2008) 10 Modèle pour la formation de la minéralisation Les gîtes de porphyre à Cu-Au sont le produit de la genèse de magma aux marges convergentes. La fusion de la croûte profonde par la remonté du manteau lithosphérique et asthénosphérique est la source des magmas primitif et oxydé riche en volatil et en métaux (Harris, 2010). Ces gîtes se distinguent des autres types de dépôts de porphyres par une abondance de magnétite hydrothermale dans les zones d’altération potassique porteuse de cuivre et d’or. Le contenu élevé en magnétite reflète l’état Figure 21. Modèle de mouvement du fluide hautement oxydé du magma d’où sont dérivés les magmatique (Landtwing et al., 2010) fluides porteurs de métaux (Sillitoe, 1979). Le taux 9.2 Source du soufre élevé de refroidissement de la chambre magmatique, Les valeurs d’analyse des isotopes du le soulèvement tectonique et la dénudation par soufre δ34S des sulfures effectués par Khashgerel et érosion sont très favorables au développement des al., (2006) s’étendent de -16 à 6 ‰. Ces données porphyres à Cu-Au. La figure suivante présente un indiquent que le soufre provient de deux réservoirs modèle simplifié de formation. principaux, soit le soufre de source magmatique avec une valeur de δ34S d’environ 0 et le soufre sédimentaire avec des valeurs δ34S inférieur à 0. Dans les roches sédimentaires, le sulfate est réduit 14 | P a g e  4.1.5 Skarns Le terme de skarn désigne des roches métamorphiques carbonatées, caractéristiques de Un skarn l'auréole métamorphique d'un pluton de granite injecté dans des calcaires magnésiens ou des Un skarn est une association de minéraux à dolomies. prédominance de silicates calciques et magnésiens Dans les gîtes de scarn à Cu-Au associé à des qui s’est typiquement formée dans des roches porphyres, le métal d’intérêt principal, soit le cuivre, carbonatées sous les effets d’un métamorphisme se trouve sous forme de sulfures. Les principaux régional ou d’un thermométamorphisme de contact minéraux économiques de cuivre exploités sont la (intrusions plutoniques) et d’un remplacement bornite (Cu5FeS4) et la chalcopyrite (CuFeS2), avec métasomatique. plus rarement la chalcocite (Cu2S), la tétraédrite Contexte géologique : ((Cu,Fe)12Sb4S13) et la tennantite(Cu12As4S13). Les skarns aurifères peuvent être observés dans deux L’or, quant à lui, peut se retrouver, soit à cadres tectoniques principaux : plates-formes l’état natif, soit sous forme de tellurures d’or, si la continentales et assemblages volcano-sédimentaires composition du liquide hydrothermal le permet. de milieu océanique ou d’arcs insulaires. Localement, dans les gîtes de skarn Cu-aux, Skarns aurifères : importante composante clastique d’autres minéraux peut être présents en quantité et volcanoclastique dans les roches hôtes ; économique. Les principaux de cette catégorie sont association à des intrusions sub-alcalines à calco- la magnétite (Fe3O4) et la molybdénite (MoS2). alcalines, riches en fer et contenant de l’illménite. D’autres minéraux présents tels l’hématite (Fe2O3), Skarns à Cu-Au associés à des gîtes porphyriques de la pyrite (FeS2), la pyrrhotite (FeS), l’arsénopyrite cuivre : skarn relativement épais et étendu ; faible (FeAsS), la scheelite (CaWO4), la sphalérite teneur en Au ; dans le sud-ouest des Etats-Unis, ils ((Zn,Fe)S) et la galène (PbS) peuvent rarement être sont situés dans un cadre tectonique de marge exploités. cratonique. Skarns à Cu-Au associés à des plutons non 3 Forme de la minéralisation minéralisés auxquels ne sont pas rattachés des gîtes Les skarns sont principalement constitués porphyriques : intrusion non altérée ; Au concentré de roches silicatées calciques à grenat et pyroxène. dans les zones d’altération rétrograde riches en Parfois, la distinction entre skarns calciques et sulfures ; amas minéralisés plus massifs et plus magnésiens peut être faite lorsque leur roche hôte est riches en Au que ceux des skarns à Cu-Au associés principalement constituée de calcite ou bien de à des gîtes porphyriques. dolomite, respectivement. Skarns à Fe-Au : associées à des zones riches en L’étendue de la minéralisation est sulfures ; en s’éloignant de la source intrusive, les grandement affectée par la profondeur de la mise en skarns calciques à magnétite passent de manière place de l’intrusif qui est à leur origine. En effet, à progressive aux skarns cuprifères et au skarns à Cu- faible profondeur, l’auréole de métamorphisme est Au ; cadre tectonique d’arc insulaire et de milieu plus petite et de plus faible intensité océanique. comparativement à l’auréole d’une intrusion Skarns à Zn-Pb-Ag-Au : importantes quantités de profonde. Un autre facteur qui influe sur la taille de Ag ; Ag concentré en position distale par rapport aux l’auréole de métasomatisme est la porosité. Plus skarns proximaux tungsténifères à Au-Cu ; cadre l’intention de la fracturation est importante, plus tectonique de marge tectonique. facilement les liquides métamorphiques pourront se déplacer. La position de la minéralisation est 1 Introduction intimement liée à la position de l’intrusif. De fait, la Les skarns sont les principaux types de grande majorité des skarns se trouvent à moins de minéralisation associées au métamorphisme de 800 m de la limite de l’intrusion. contact. La grande majorité de ces derniers se La morhpologie des minéralisations de développent à proximité d’une intrusion skarn dépend grandement des éléments structuraux plutonnique. Le mécanisme par lequel la et stratigraphiques de l'encaissant de l'intrusion. minéralisation se met en place est le métasomatisme Effectivement, des skarn peuvent se développer le à haute température. long de failles ou fractures ou entre deux niveaux Il existe plusieurs types de skarns associés à des stratigraphiques. La forme de l'intrusion joue aussi minéralogies différentes. Le texte qui suit va se un rôle dans la morphologie des skarns. Tous ces concentrer sur les skarns à Cuivre-Or associés à un facteurs peuvent par la suite être modifiés par des porphyre. déformations tardives ce qui rend la forme des dépôts très complexe. La figure qui suit présente un 2 Minéralogie de la minéralisation exemple de dépôt de skarn à Ayzama, district de Evciler, en Turquie. 15 | P a g e  chaud (~600 degrés C), porteur de fer, manganèse et d’aluminium, percole, par la suite, et crée un métamorphisme prograde dans les roches encaissantes et forme des minéraux réactionnels tels de pyroxènes, grenats calciques, biotite, etc. 7 Âge de la minéralisation La plupart des gîtes de skarns, similairement aux porphyres, ont des âges d’environ 90 Ma. Ils deviennent relativement abondants à partir du Mésozoïque mais sont presqu’absents au Figure 1 : Répartition des minéralisations dans le Précambrien. (Jebrak et Marcoux, 2008). dépôt de skarn à Ayzama, district de Evciler, en Turquie (Source : Öztürk et Helvaci, 2008) 8 Source des fluides, des métaux, du soufre et du carbone 4 Roches encaissantes Deux étapes majeures impliquant des fluides sont à Les roches encaissantes d’un dépôt de type skarn l’origine de la formation d’un dépôt de type skarn. nécessitent exclusivement la présence roches Tout d’abord, comme vu précédemment, une étape carbonatées. En effet, ce type de gîte se forme par de métasomatisme prograde s’effectue à l’aide d’un métasomatisme entre un liquide hydrothermal à fluide supercritique salin très chaud. L’origine de ce haute température réagissant avec des roches premier fluide est entièrement magmatique, étant carbonatées. L’appellation de skarns calciques ou issu d’une démixtion précoce causée par la pression magnésiens est parfois utilisée pour désigner des lithostatique élevée régnant la chambre magmatique. gîtes aillant principalement remplacer des roches Une seconde étape rétrograde, impliquant un fluide dominées soit par de la calcite ou de la dolomite, de plus basse température, arrive par la suite. respectivement. Il existe aussi des dépôts de type L’origine de ce second fluide, reste discutée. Les skarnoïdes qui se forment dans un milieu hétérogène principales hypothèses émises stipulent qu’il serait ou il y a forte alternance de roches sédimentaires soit d’origine météorique, soit d’origine terrigènes et de bandes carbonatées. Les skarns à Cu- magmatique, lorsque l’intrusion a eu le temps de se Au associés à un porphyre sont souvent issus de refroidir (Jebrak et Marcoux, 2008). d’intrusions de magmas calco-alcalins des zones de subduction. On retrouve donc parfois porphyres de ce type à proximité et qui leur sont génétiquement liés. 5 Environnement géodynamique Les skarns à Cu-Au se développent principalement en contexte géodynamique d’arc magmatique en zone de subduction océanique ou continentale. Les skarns à Au-Cu, quant-à-eux se retrouvent principalement dans un contexte d’arc magmatique continental lié à une zone de subduction, mais aussi dans des bassins d’arrière-arc. Figure 2 : Localisation des porphyres et des zones de Figure 4 : Valeur de d34 S Pour des dépôts de Skarn failles au Chili. (Source : Sillitoe, 2010) Cu-Au. (Source : T. Kamvong, Khin Zaw, 2009) Le premier liquide, très chaud et d’origine 6 Altération hydrothermale magmatique, est très pauvre en carbone. L’apport Plusieurs étapes d’altération et de métamorphisme se magmatique de cet élément est donc très faible. produisent lors de la formation d’un skarn associé à Ainsi, la grande majorité du carbone provient des un intrusif. Tout d’abord, la mise en place d’un calcaires encaissants (Jebrak et Marcoux, 2008). pluton de température élevée (>400 degrés C) a pour effet de rendre les roches encaissantes ductiles, IV. Les gîtes épithermaux Or et Ag associés au scellant ainsi la chambre magmatique et empêchant volcanisme aérien felsique la fuite des fluides et l’interaction de l’eau météoritique (Meinert et al, 2003). Lors du 1 Introduction refroidissement subséquent de l’intrusion, la Il existe une grande variété de gîtes hydrothermaux chambre magmatique, par exolution, s’enrichit et qui concentrent les métaux les plus communs, devient saturée avec une phase aqueuse de comme par exemple le cuivre (60-90%), le zinc ou composition supercritique, très saline. Ce liquide très encore le plomb (Arndt N., 2010). Dans ce cas ci, il 16 | P a g e s’agit de processus magmatique liés à séricite. Enfin, au-delà de 1000 mètres de profondeur l’hydrothermalisme dans un contexte épithermal. Le (proche du porphyre) les minéraux sont pyrophyllite- terme épithermal désigne, selon la classification de séricite ou quartz-séricite. Il peut également être noté Lindgren (1933), l’ensemble des dépôts formés à la présence d'une zonation latérale de l'altération faible profondeur dans la croûte (50 à 1000 mètres) hydrothermale (Figure 3 et 4). (Robb L., 2005). Les gîtes épithermaux d’Au-Ag « sulfate-acide » (ou high sulfidation, en anglais) se forment donc dans les environnements magmatiques actifs. Le terme sulfate-acide est utilisé pour mentionner l’état d’oxydation des sulfures dans les fluides (aqueux ou gazeux), la chimie et le pH. Ce sont les paramètres cités précédemment qui vont contrôler la minéralisation en elle-même. La circulation des fluides dans les roches va induire une altération hydrothermale représentative de ce type de gisement. L’ensemble des informations liées aux caractéristiques propre du gîte vont être décrites dans cet article, c’est-à-dire la teneur et le tonnage, la minéralogie, les roches encaissantes et l’environnement géologique, la forme de la minéralisation, l’altération hydrothermale, l’origine Figure 5. Schéma synthétique montrant la relation des composants enfin le mode de formation des gîtes spatiale entre les gîtes acide-sulfate, séricite- épithermaux Au-Ag sulfate-acide. adulaire et les porphyres de Cu. (Tiré de Arndt, (2010) modifié d'après Hedenquist et al., 2000) 3 Minéralisation 3.3 Forme 3.1 Minéralogie Les gîtes épithermaux d’Au-Ag « sulfate-acide » se Ces gîtes épithermaux se caractérisent par un certain mettent en place en position intermédiaire entre la nombreux de minéraux. Ces minéraux étant : la surface et le porphyre (Hedenquist J.W. et al. pyrite, la bornite, la chalcopyrite, l’or, l’argent. Il (2000)). La minéralisation se localise , en général, existe aussi des minéraux de sulfosels de Bi, Au, Ag, non loin de la cheminée volcanique et est contrôlée Sn, Se et Te, formant par exemples de l’énergite, de par un réseau de "conduits" volcaniques dans la la Fe-tennantite, de la chalcocite, de la tétrahédrite, roche encaissante perméable. Ces "conduits" sont ou encore de l’emplectite Figure 2(Henley R.W., nécessaires pour le transport des fluides s'échappant Berger B.R., (2010)). C'est l'or qui forme le principal du porphyre. Comme la plupart des gîtes, les attrait de ces gisements. On le retrouve soit sous la minéralisations associées non pas une forme typique forme native Au ou sous la forme d'electrum avec de mais plusieurs. Ces formes pouvant être des veines l'Ag (Taylor B.E., (2007)). de remplacement ou disséminées, des brèches, des stockwork (Cooke D.R. et Simmons S.F., (2000) et 3.2 Altération hydrothermale Hedenquist J.W. et al., (2000)). La figure 7 montre L'altération hydrothermale se caractérise par la différentes formes de minéralisations contrôlées par dissociation à haute température (300 à 350°C) du la lithologie, les structures ou encore les processus HCl et de H2SO4induisant la libération d'ions H+ et hydrothermales. Cl-, alors que l'hydrolyse de SO2 induit la libération de H2S. Le pH du fluide diminue jusqu'à 1 ce qui permet le lessivage intense des phases primaires et donne lieu à l'altération silicitique dans un premier temps puis argilitique (Hedenquist J.W., et al. (2000), Cooke D.R. et Simmons S.F, (2000)). Dans le cas des gîtes de haute sulfatation, l'assemblage typique de l'altération de type silicitique et argilitique est: quartz vacuolaire et quartz-alunite. Toutefois en fonction de la profondeur l'assemblage minéralogique de l'altération peut varier (Hedenquist J.W., et al. (2000)). Ainsi, entre 0 et 500 mètres se trouve le quartz vacuolaire et l'assemblage quartz- alunite. Entre 500 et 1000 mètres, l’altération se caractérise par du quartz vacuolaire, de quartz- alunite et de l'assemblage pyrophyllite-dickite- 17 | P a g e  et se réchauffant aux abords d'une intrusion magmatique (porphyre) ou d'une chambre magmatique. Nous nous concentrerons donc sur deux modèles géodynamique (Figure 8) ceux en contexte d'arrière-arc (Figure 9)et dans un second temps d'arc (Figure 10). Figure 8. Modèles de systèmes géothermaux actifs et dépôts hydrothermaux (Tirée de Corbett G.J. et Leach T.M., (1998)). 5 Origine des fluides, des métaux, du soufre et du carbone 5.1 Origine des fluides Figure 7. Diverses formes de minéralisations. La Bruce E. Taylor (2007)