Exploration Géochimique PDF

Module M236 – Techniques d’exploration des substances utiles Chapitre 4: La prospection géochimique Responsable Pr. Samira MAKHOUKHI 1  La logique de la Recherche Minière Phase Stratégique Ta...

Module M236 – Techniques d’exploration des substances utiles Chapitre 4: La prospection géochimique Responsable Pr. Samira MAKHOUKHI 1  La logique de la Recherche Minière Phase Stratégique Tactique Reconnaissance des indices Maille kilométrique hectométrique sondage Surface prospectée 500 à 2500Km2 10 à 250 Km2 5Km2 Géologie Cartographie Cartographie fine Géologie des carottes Prospection marteau échantillonnage Prospection alluvionnaire Géochimie Géochimie alluvionnaire Prélèvement à maille Analyses des cuttings Géochimie sol fixe (Roche) Analyses des carottes Stream- sédiment Géophysique Méthodes Magnétisme, Gravimétrie, PS, aéroportées(Mag., gravimétrie, électrique, diagraphies, mises à la E.Mag., radiométrie) électromagnétique, masse sismique, radiométrie 2  Chapitre IV- LA PROSPECTION GEOCHIMIQUE 3 Le schéma qui suit expose trois situations par rapport à la surface. 4 Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE I- Introduction - Pourquoi la prospection géochimique? Gisement cachés (+75% souterrains) Problème d’altération - La géochimie La géochimie est l’étude des caractéristiques chimiques des matériaux géologiques que sont les roches, les minéraux, les sols, les alluvions, les sédiments et l’eau. La plupart des gisements libèrent de petites quantités d’éléments dans l’air, le sol, l’eau et les plantes environnantes qui finissent par contenir des concentrations plus élevées de ces éléments à proximité du gisement. 5  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE Lorsqu'un gisement situé en surface ou près de la surface, il est exposé à l'attaque de l'eau, du vent, de la neige et du soleil, ses éléments chimiques sont dispersés dans son environnement immédiat. – Méthodologie de la prospection géochimique: Collecte de matériaux : sol, sédiment de ruisseau, végétaux, eau, gaz…. Analyses chimiques BUT : De définir des zones présentant un potentiel de concentration minérale. 6  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE Un levé géochimique consiste à prélever méthodiquement des échantillons de roches, de sols, de sédiments fluviatiles, d’eau ou de végétation dans une aire choisie, afin de mesurer l’abondance des éléments qui y sont répertoriés. Les teneurs en éléments chimiques obtenues, généralement exprimées en parties par million (ou ppm), sont ensuite reportées sur une carte, afin de déceler les roches qui présentent une anomalie chimique quelconque. Les levés géochimiques permettent de se rendre compte des variations d’abondance d’éléments chimiques spécifiques qui pourraient indiquer la présence d’un gisement de ressources minérales. 7  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE Dans le domaine minier la géochimie occupe une place essentielle ; c’est une méthode de recherche indirecte qu’on ne doit pas écarter ou négliger et ceci pour deux raisons principales :  elle est une méthode rapide peu onéreuse ;  elle constitue un guide d’orientation vers les cibles recherchées ; quelquefois elle peut déboucher directement sur un indice minéralisé (cas de la géochimie de sol et de roche). Elle détermine le contenu d’un ou plusieurs éléments traces dans les roches, les sols, les sédiments de ruisseaux, les eaux et les végétaux, dans le but de mettre en évidence des anomalies (concentration anormale d’un ou plusieurs éléments). 8  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE Deux types d’anomalies peuvent être considérés: - Des anomalies formationnelles qui sont dues à la concentration d’un élément donné dans une strate ou couche géologique qui n’ont aucun intérêt économique. - Des anomalies provoquées par la dispersion d’éléments chimiques à partir d’un stock métal qui constituerait le gîte primaire. 9  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE Cette dispersion peut-être de deux types: a) Une dispersion primaire liée à la mise en place de concentration minérale qui serait reconnue par le moyen de prélèvement d’échantillons de roches. b) Une dispersion secondaire liée aux phénomènes d’altération superficielle. Cette dispersion peut-être mécanique ou chimique à partir d’un gîte primaire déstabilisé, et provoque des traînées ou auréoles secondaires. Quatre types principaux de prospection sont utilisés à différentes échelles: -Alluvionnaire -Stream-sédiment -Sol -Roche Chacune de ces prospections s’applique en fonction du but recherché, des conditions géologiques et l’échelle de travail. 10  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE II- Les principaux types de prospection géochimique: 1- Alluvionnaire La prospection alluvionnaire ou la géochimie des minéraux lourds constitue une variété des méthodes géochimiques dans les sédiments glaciaires ou de ruisseau. Elle permet de détecter les minéraux (lourds et denses) qui résistent à l’altération mécanique et au transport tels que : wolframite, scheelite, cassitérite, or, diamant, zircon, monazite, niobo- tantalite, etc. 11  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE Principe : Il faut sélectionner le site d'échantillonnage en fonction de critères hydrogéologiques qui favorisent la concentration de minéraux lourds (fig.1-2), l’application de cette méthode consiste aussi à échantillonner de l’aval vers l’amont pour rechercher les sources des apports en minéraux lourds et localiser les gîtes primaires : - Partie avant des barres rocheuses. - Fosses au pied de chutes. - Partie convexe des méandres (fig.1 ). 12 Fig.1 :Lieux de concentrations de métaux lourds sur un cours d’eau (Landry et al., 1995) Fig.2 : Accumulation des métaux denses dans une dépression au fond d’un cours d’eau (Landry et al., 1995) 13  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE Limites : L’application de cette méthode est favorisée dans les milieux où les drainages sont secs ou à écoulement occasionnel, donc une activité chimique faible en faveur d’un transport mécanique développé et une contamination éolienne inévitable provoquant l’atténuation du signal géochimique. 14  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE 2- Prospection stream sediment Les eaux de ruissellement transportent des particules fines provenant de la désagrégation des roches et du lessivage des sols. Ces particules se déposent dans les lits de ruisseaux, rivières et lacs, donc les éléments sont transportés en solution (transport chimique), soit sous forme d’ions complexés, ou encore sous forme de suspensions colloïdales (se dit des solides ou des solutions liquides qui contiennent un corps dispersé sous forme de molécules). 15  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE Principe : Le stream sediment consiste à prélever des sédiments fins de ruisseaux qui se déposent sur les bords des rivières ou derrière un obstacle afin de trouver des anomalies. 16  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE Utilisations : Cette méthode est utilisée pour les métaux facilement altérables (mobiles) telle que la paragenèse sulfurée. Ils sont retenus par les hydroxydes de fer et de manganèse donnant des trainées anomaliques plus étendues. Les minéraux déterminés sont reportés sur des cartes soit chaque minéral séparé, soit par association de minéraux caractéristiques (cassitérite, scheelite, wolframite) ou chaque minéral est représenté par un symbole. En combinant le positionnement de ces points anomaliques et le contexte géologique on tire des interprétations et des conclusions. 17 Fig.3 : Anomalies d’or et de cuivre à 80 Mesh autour du gisement de porphyre auro-cuprifère de Batu Hijau en Indonésie (Meldrum et al., 1994, in Barodi et al., 2002). Limites : L’emploi du stream sediment a des limites notamment dans les zones à couverture très épaisse et dans zones désertiques où la végétation est éparse ou inexistante. 18  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE 3- Géochimie au sol La mise en évidence d’anomalies secondaires par prospection alluvionnaire ou stream sediment, nécessite des travaux complémentaires dont le but est d’atteindre la source alimentatrice de ces anomalies. La méthode la plus adaptée dans des zones couvertes est la géochimie de sol. Elle se pratique selon une maille bien précise qui dépend en particulier des conditions morphologiques et géologiques du terrain. Il est à rappeler que les sols sont formés par la désagrégation des roches du socle et par l’accumulation de substances organiques. En générale, un sol est constitué de quatre horizons qui sont du sommet vers le bas, identifiés par les lettres A, B, C et R (fig. 4 ). Cette succession n’est pas toujours présente. 19  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE Avant de commencer les prélèvements (échantillonnage), il est utile de connaitre la nature du sol, son épaisseur et les différents types d’horizons existants. La maille d’échantillonnage, les densités et la profondeur des points de prélèvements doivent être déterminées selon les conditions locales du secteur étudié. Fig.4 : Profil d’un sol podzolique et principaux horizons identifiés par des lettres (Landry et al., 1995). 20  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE Les échantillons sont analysés (dosage des éléments métalliques recherchés) et le traitement ainsi que l’interprétation des données analytiques aboutissent à l’établissement des cartes d’anomalies géochimiques. Les résultats de la prospection par géochimie au sol pour l’or et mercure dans le gisement d’or de Kélian (Indonésie) de type épithermal neutre indiquent clairement l’emplacement et les limites des zones minéralisées (fig. 5). 21  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE Application et limites : La géochimie des sols résiduels est considérée comme la méthode de prospection la plus appropriée (la plus parlante) pour la recherche des gisement en zones relativement couvertes car elle traduit les signatures des éléments métalliques sous- jacents. Elle est essentiellement sollicitée dans la recherche de filons, d’amas ou d’horizons minéralisés cachés par une altération autochtone. Cependant, elle est inefficace dans les zones à recouvrement quaternaire épais, la réponse géochimique des matériaux sous- jacents se trouve camouflée par cette couverture. Par ailleurs, la distinction entre les sols résiduels en place et ceux déplacés est parfois très difficile à réaliser. 22  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE Fig.5 : Exemple de géochimie de sol pour l’or et le mercure sur le gisement d’or épithermal de Kélian en Indonésie (Van Leeuwen et al., 1990, in Barodi et al., 2002). 23  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE 4- Géochimie de roche La géochimie des roches ou bien la lithogéochimie est l’ analyse de la roche en place et est la phase ultime de la prospection géochimique ; elle est réalisée au stade de détail pour déterminer l’anomalie primaire sur la roche mère en vue d’évaluer la distribution des éléments métalliques (par rapport au Clarke) en tenant compte de tous les processus secondaires qui ont affecté les faciès échantillonnés. Elle détermine le type de lithologie, la présence d'altérations hydrothermales et leur nature, la présence de halos de dispersion géochimique dans les roches encaissantes autour de la minéralisation. La méthode est appliquée sur des surfaces bien circonscrites ; la direction des profils est perpendiculaire à celle des structures géologiques. Dans le cas d’une variation de lithologie, on sépare les échantillons par type de faciès. De même les zones d’altération sont échantillonnées à part. 24  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE La lithogéochimie n’est pas applicable uniquement en surface mais elle peut s’intéresser à l’étude géochimiques dans des tranchées, sondages et galeries dans le but de délimiter les corps minéralisés, définir les associations minéralogiques et établir la zonalité géochimique et gîtologique du site minéralisé pour guider les campagnes de travaux de recherche. 25  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE Les anomalies lithogéochimique pour l’or (Au), le cuivre (Cu) et le molybdène (Mo) obtenues par l’échantillonnage des tranchées sur le gisement de porphyre auro- cuprifère de Batu Hijau en Indonésie sont présentées dans la figure 6. A noter la position périphérique du molybdène autour du cuivre et l’or (Meldrum et al., 1994). Fig.6 : Anomalies lithogéochimique pour Au, Cu et Mo, gisement de Batu Hijau, Indonésie (Meldrum et al. 1994, in Barodi et al., 2002). 26 Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE Les types de dispersion et relation avec les anomalies 27  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE En géologie, une éluvion est un dépôt géologique des sols. Les éluvions, dépôts éluviaux, sont dérivés in situ par les intempéries ainsi que le mouvement gravitationnel, issus de l'érosion ou l'accumulation. Dans le cas d'une accumulation, les éluvions forment une colluvion. Les éluvions font partie des alluvions. 28  Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE III- Recherche d’anomalies géochimiques : 1- Collecte d’échantillons et relation entre échantillon et la concentration minérale: Principe : le maximum d’information avec le minimum d’échantillon On commence par les sédiment de ruisseaux = stream sédiments ou alluvions fins des cours d’eau. Pourquoi? Ils renseignent sur toute la zone située à l’amont du bassin versant. 29 30 31 Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE III- Recherche d’anomalies géochimiques : 2- Origine de l’anomalie  2ème étape échantillons de sol : particule détritiques  Suivant une maille bien étudiée. (pas moins 1éch./ Km2) en général 250m x 250m  Dans le but de chercher la source non altérée NB: Si le gisement est profond, et s’il ne rentre pas dans le cycle de circulation et d’altération : absence d’indice en surface. 32 Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE III- Recherche d’anomalies géochimiques : 3- Auréole primaire et secondaire Auréole secondaire : Altération du gisement en granulats dispersés dans le sol mécaniquement et chimiquement par les eaux. Auréole primaire : dans la roche mère non altérée. Pas de dispersion. (cible plus petite) NB: En climat aride sans altération, il faut une maille de prospection serrée. 33 34 35 36 37 38 Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE I- Recherche d’anomalies géochimiques : 4- Anomalie de fuite Ce que l’on recoupera au niveau du sol, ce n’est pas la minéralisation mais c’est une fuite de l’auréole primaire qui arrive dans le sol par l’intermédiaire d’une faille. 5- Relation avec la végétation La végétation qui plonge ses racines dans le sol nous aide à détecter l’anomalie si il y’a recouvrement ultérieur à la minéralisation et à son altération On analyse les cendres de la végétation. 39 Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE III- Recherche d’anomalies géochimiques : 6- Analyses des eaux - Suite à l’oxydation d’un minerai, il y’a des métaux qui sont libérés et transportés par les eaux libres sous terraines sous forme ionique à des teneur très faible. - Echantillonnage de source ou de puits (ou d’eau de ruissellement) - Certains métaux sont transportés à l’état ionique (Zn, Cu…) mais l’environnement est important (si présence de calcite, précipitation) NB: Pb jamais sous forme ionique, la dispersion est mécanique. 40 Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE III- Recherche d’anomalies géochimiques : 6- Analyse des eaux (suite) Ex: sulfures Par oxydation une partie du minéral va être transportée, une autre désagrégée dans le sol puis dans les alluvions et donc par la suite dispersée. L’unité de prospection géochimique c’est le ppm = 1g/t Le Clark = l’abondance d’un élément dans la croute terrestre Elément: Pb Zn Cu Ag U F Croute 12 70 55 0.07 2.7 625 41 Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE III- Recherche d’anomalies géochimiques : 7- Mobilité des métaux Gisement sulfuré à Pb-Zn-Cu-Ag- Ni- Co Climat Equatorial Tempéré Tempéré Envir. silicaté Envir. Carbonaté Mobiles Zn Zn Les métaux Cu Co reprécipités en carbonates : milieu tampon Peu ou pas Pb Pb Cu Pb Zn Ag mobiles Ag Ag Ni Ni Co Cu 42 Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE I- Recherche d’anomalies géochimiques : 8- Conclusion La prospection géochimique est qualitative et non quantitative car la marge d’erreur est très développer nécessitant la sélection des indices en fonction des environnements: - Teneur au sol inferieur à celle de la roche saine. - Eau: ppb (ppm/100) - végétaux, stream sédiments et sols : ppm 43 Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE III- Recherche d’anomalies géochimiques : Exercice 1- Vous faites des prélèvements à la tarière dans les différents horizons pédologiques (A, B et C), tracez les courbes d’anomalies géochimiques pour chaque horizon? Et discuter vos résultats? 44 45 Sol B 46 Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE III- Recherche d’anomalies géochimiques : Exercice Horizon C - structure conservée - minéraux invariées ou peu - peu ou pas de départ d’éléments - teneur très proche de la minéralisation mère → Minerai Oxydé avec une forte anomalie chimique 47 Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE III- Recherche d’anomalies géochimiques : Exercice suite Horizon B - Sulfures instables → libération des métaux sous forme ionique avec dispersion et reprécipitation plus loin - Grande variation des teneurs (on passe du % au ppm et même ppb) 48 Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE III- Recherche d’anomalies géochimiques : Exercice suite Horizon A - Perte chimique des éléments - Altération et dispersion mécanique importante - Mélange avec d’autre minéraux stériles (silicates) donc perte et dispersion importante 49 Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE III- Recherche d’anomalies géochimiques : Exercice: En conclusion Les mailles de prospection sont fonctions du climat du type de sol que l’on a et même de la taille du gisement Pays tropical: relief plat → pas d’entrainement et grande dispersion on peut procéder à grande maille mais les teneur seront faible. Pays relief marqué (Ex. Sud Asie) → dispersion en stream sédiment très forte mais pas de dispersion au sol donc il faudrait procéder en maille serrées (proche de C ou roche mère) Il faut bien caller les horizons pédologiques 50 Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE II- Analyses des échantillons Souvent on analysait l’échantillon uniquement pour le métal recherché mais on oubliait l’effet de dispersion On s’oriente maintenant plutôt vers l’interaction entre les éléments et surtout les métaux Ceci a permis de comprendre et d’expliquer les anomalies avant l’exploitation 51 Chap. IV: PROSPECTION GEOCHIMIQUE II- Analyses des échantillons Méthodes d’Analyses: – Par Spectrométrie d’Absorption atomique: élément par élément avec la même préparation (attaque acide et solubilisation des métaux) – Par Spectrométrie de masse : plusieurs éléments à la fois sur le même échantillon (30aine : majeurs et traces) 52 53  120 240 60 54 100 400 800 200 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64