Géologie des indices minéralisés 

Géologie des indices minéralisés 

Introduction

Problématique générale : gisements aurifères orogéniques et contrôle structural secondaire

Les gisements d’or sont essentiellement d’origine hydrothermale, à l’exception des gisements de type « Placer ». Parmi les gisements hydrothermaux, on distingue trois catégories de gisements aurifères d’après la classification établie par (Groves et al., 1998). La première contient les gisements liés à l’activité volcanique formés en surface, notamment les sulfures massifs volcanogènes et l’or épithermal. Une seconde catégorie regroupe les gisements d’or associés à la mise en place d’intrusions (p. ex. gisements porphyriques et skarn). Le dernier groupe correspond aux gisements dits orogéniques formés à la fin des orogenèses. Les gisements aurifères orogéniques sont parmi les systèmes minéralisés les plus prolifiques et ce, particulièrement pour ceux situés dans les ceintures de roches vertes (Groves et Phillips 1987). Les plus grands gisements de ce type se trouvent notamment dans la Province de Supérieur (Canada), dans le craton de Yilgarn (Australie) et dans les ceintures de roches vertes du Birimien en Afrique. Le modèle de mise en place a en grande partie été décrit par Groves et al. (1998). Ce type de gisement est largement associé à la tectonique des plaques et plus particulièrement aux phases d’orogénies. La compression et l’accrétion de terranes et les sutures sous forme de structures majeures (failles et zones de cisaillement) qui en résultent permettent de bien expliquer l’association des principaux gisements aurifères orogéniques avec ces structures majeures, tel que dans la Ceinture de l’Abitibi (Figure 1.1). L’orogénie engendre l’enfouissement de roches supracrustales en profondeur qui tendent à générer des fluides métamorphiques par déshydratation (Kerrich et al., 2000; Tomkins, 2010). Ces fluides remontent le long de zones de grandes canalisations que sont les sutures qui parcourent les terranes et qui sont mises en mouvement par advection lors du régime tectonique de compression (Groves et al. 1998). Les contrôles de la minéralisation sont bien documentés dans la littérature à l’échelle des gisements (par exemple : Gaboury et al., 2001), des districts miniers (par exemple Leader et al., 2010) et des provinces et sous provinces géologiques (Robert et Poulsen 1997). Il ressort de ces études que la mise en place de l’or est associée aux structures locales comme des contacts ou des failles subsidiaires ainsi qu’au contraste de compétence et de la chimie des lithologies (Robert et Poulsen 1997).
Au cours des dernières années deux modèles génétiques s’opposent pour expliquer la chronologie de la mise en place de ces minéralisations par rapports aux événements tectoniques. Le modèle du continuum développé par Groves et al. (1998) suggère que l’or peut être déposé à tous les isogrades de métamorphisme prograde tandis que le modèle orogénique de Powell et al. (1991) et Phillips et Powell (2010) propose un remplacement rétrograde post-pic métamorphique essentiellement au faciès des schistes verts. Bien que le débat soit en cours pour déterminer le modèle le plus représentatif de la réalité, on peut établir un certain nombre de points sur lesquels les deux modèles s’accordent. Bien que les structures majeures soient responsables de l’apport des fluides minéralisateurs, ce sont d’autres contextes géologiques situés à proximité de ces structures qui jouent le rôle de piège permettant la minéralisation (Hagemann et al. 1992). De plus, les environnements géologiques restent très variables au sein d’une même province, que ce soit les styles de minéralisation, les lithologies présentes, les altérations hydrothermales et le style structural (Robert et Poulsen 2010). Enfin la source de l’or n’est pas encore établie, la théorie d’un héritage sédimentaire local s’opposant actuellement à un apport par des fluides hydrothermaux d’une source profonde, voire mantellique (Tomkins, 2010, Pitcairn et al., 2010 et Thomas et al., 2010). La profondeur de mise en place est délimitée entre les zones de sub-surfaces et la zone de transition ductile-fragile (Hagemann et al. 1992). Toute cette documentation tend à démontrer que l’appellation « gisement d’or orogénique » contient un grand nombre de styles de gisements avec beaucoup de variabilité dans leurs caractéristiques. De plus, dans certaines provinces très anciennes, notamment celle du Supérieur au Canada et celle du Yilgarn en Australie, d’autres événements tectoniques, sédimentaires et hydrothermaux se sont superposés sur la période orogénique, ce qui tend à compliquer davantage la compréhension et la distinction des facteurs responsables de la mise en place de ces gisements aurifères.
D’un point de vue structural, plusieurs gisements sont situés dans un contexte de structures majeures (structures de premier ordre de centaines de kilomètres de longueur issues des orogénies et de l’accrétion de terranes) auxquelles sont associées d’autres structures secondaires (Hagemann et al. 1992). La nature de ces structures subsidiaires est variée, comprenant notamment des structures de 2 eme ou 3eme ordre, des contrôles d’anisotropies ou encore des failles sécantes. Ce type de contexte est bien documenté en Australie et constitue un guided’exploration privilégié. On note, à titre d’exemple, l’un des plus grands gisements d’or orogénique au monde, le gisement Golden Mile à Kalgoorlie dans le craton de Yilgarn situé en Australie (Boulter et al., 1987 et Mueller et al., 1987). Ce gisement est encaissé entre deux zones majeures de cisaillement et la minéralisation est contrôlée par des structures secondaires situées entre les deux zones de cisaillement. De plus, la minéralisation est datée comme arrivant après le pic de déformation et de métamorphisme. Ce trait est d’ailleurs commun, car l’or est principalement associé au second événement de déformation, auquel est souvent associé la mise en place des structures secondaires. Néanmoins, ce contexte d’association de failles secondaires sécantes à des failles majeures n’est pas universel bien qu’il existe de nombreux exemples. Le tableau 1.1 représente la variabilité du contexte géologique des dépôts liés à ces associations de structures. D’une part, les lithologies sont souvent volcanosédimentaires et intrusives mais sont très hétérogènes dans le détail (roches volcaniques felsiques à mafiques, intrusions felsiques à ultramafiques et formation de fer). De même, les faciès métamorphiques sont également variés d’un dépôt à l’autre. Les faciès observables comprennent tous les faciès de la trajectoire Barrovienne (faciès prehnite pumpellyite à début granulitique).

Enfin les profondeurs de formation estimées des structures majeures et secondaires varient également. Les structures majeures sont parfois des zones de cisaillement formées en milieu ductile (Kenworthy et Hagemann, 2007), mais également parfois des failles majeures issues d’un milieu fragile (Hagemann et al., 1992). Les structures secondaires sont formées soit en milieux fragiles (Tripp et Vearncombe, 2004), fragiles-ductiles ou ductiles-fragiles (Mueller et al., 1987). Il se trouve que l’intensité de la minéralisation n’est pas constante le long des structures secondaires, même dans un contexte relativement homogène. Par exemple, le gisement Cleo (Australie) est situé dans un contexte où la minéralisation est encaissée dans une formation de fer encadrée par deux zones de cisaillement secondaires parallèles. (Brown et al., 2002). Cependant, les tonnages d’or varient latéralement le long des zones de cisaillement passant de 0.02 à 4.3 millions d’onces d’or en s’éloignant de la faille principale (Brown et al., 2002). Ainsi, même en contexte homogène, d’autres paramètres que la présence de failles secondaires semblent contrôler la distribution de l’or.
En conclusion, les structures secondaires associées à d’autres structures majeures d’origines orogéniques constituent des contextes favorables à la formation de gisements aurifères orogéniques. Néanmoins ces gisements présentent de fortes hétérogénéités lithologiques, métamorphiques et de milieu de formation ainsi que de la distribution de la minéralisation sans liens apparents. Les facteurs de contrôle de la minéralisation et l’importance des structures subsidiaires sont donc essentiels à documenter pour bien comprendre la distribution de la minéralisation dans le but de développer des guides d’exploration.

Application dans la Sous-province de l’Abitibi, Québec, Canada

La Sous-province de l’Abitibi est une ceinture de roches vertes d’âge archéen. Elle expose plusieurs événements importants d’orogénie et est l’hôte de nombreux types de gisements et plus particulièrement de gisements aurifères orogéniques (Robert and Poulsen 1997). La sous-province est découpée en 3 parties par deux failles majeures d’orientation Est-Ouest sur plusieurs centaines de kilomètres où se succèdent de nombreux gisements d’or orogénique (Figures 1.1 et 1.2). La faille la plus au Nord, Porcupine-Destor-Manneville, sépare la Zone Volcanique Nord, à composante essentiellement plutonique et volcanique, de la Zone Volcanique Sud, constituée de roches principalement volcaniques (Chown et al., 1992). La zone de faille Sud, Cadillac – Larder Lake, sépare la Zone Volcanique Sud de la Province du Pontiac, et est interprétée comme un prisme d’accrétion formé par la subduction du Pontiac sous la Zone Volcanique Sud (Ludden et al., 1986 et Daigneaultetal., 2002). La région offre ainsi un contexte similaire aux exemples situés en Australie cités précédemment. On observe néanmoins des séries de structures secondaires d’orientation Nord-Est et Sud-Est. Alors que les structures Sud-Est sont bien documentées et connues comme des structures syn-tectoniques, par exemple la Faille de Parfouru (p. ex. Davis 1992, Daigneault et al., 2002), les structures NordEst n’ont été que très récemment abordées dans la littérature (Mueller et al., 1996, Legault et Daigneault, 2006). Ces structures matérialisent pourtant un contexte similaire aux gisements abordés dans la problématique générale en étant sécantes à d’autres structures majeures (Faille de Cadillac dans le cas présent). Comme ces structures sont peu étudiées, plusieurs questions demeurent quant à : 1) leur relation chronologique avec le tectonisme régional; 2) leur formation mise en contexte avec les failles majeures; 3) leur rôle sur la mise en place des minéralisations aurifères. Dans le cas où ces structures sont simplement post-orogénèses, elles ne joueront probablement pas de rôle dans la mise en place d’une minéralisation orogénique. Une autre hypothèse est que ces structures sont préexistantes ou formées durant l’orogenèse. Elles pourraient être syn-déformation, ou plus ancienne encore, soit précoce à l’accrétion et à l’événement orogénique associé. Dans ce cas, ces structures secondaires ont pu servir de conduits aux fluides minéralisateurs charriées par les structures majeures auxquelles elles sont connectées (Vearncombe, 1998 et Neumayr et al., 2000). Si cette hypothèse venait à être vérifiée, ces structures constitueraient ainsi un critère de ciblage pour l’exploration des gisements orogéniques.

Zone d’étude

La présente étude porte sur un exemple typique de structure d’attitude NordEst, à savoir la Faille de Davidson (également connue sous le nom de Faille du Ruisseau Davidson ou Davidson Creek), sécante à l’une des failles majeures de l’Abitibi qui est la Faille de Cadillac. La Faille de Davidson se situe dans la municipalité de McWatters, à l’Est de la ville de Rouyn-Noranda. La propriété Henriksen située dans ce secteur, (Figure 1.3), a connu une longue période de prospection depuis plus de 80 ans et appartient au moment de cette étude à Mines Aurizon Lté. La géologie du secteur reste peu connue, souffrant d’un manque de travaux de cartographie de détail. La propriété est séparée en deux parties par la Faille de Davidson selon une direction Nord-Est (Figure 1.3). La partie Nord abrite des bandes volcaniques mafiques et felsique d’orientation globalement Est-Ouest, recouvertes à certains endroits par des couches sédimentaires discordantes. Cette zone consiste en la bordure Est du Groupe de Blake River recouverte par les roches sédimentaires de Cadillac. Le Groupe de Blake River est la dernière subdivision du cycle volcanique II (Dimroth et al., 1983a). Ce groupe forme un synclinal à l’ouest de la Faille de Davidson (Gunning, 1941). Le Groupe de Cadillac est une unité de grès et de siltstone intercalée de lentilles de conglomérats et de formations de fer (Gunning, 1941). La zone Sud est quand à elle recouverte en majorité par les roches sédimentaires du groupe de Cadillac. La jonction entre le Pontiac et la Zone Volcanique Sud, dans le Sud de la propriété, est marquée par la formation de Granada, appartenant au Groupe de Timiskaming (Rocheleau, 1980). Cette formation est constituée de bandes conglomératiques polymictes intercalées de bandes de grès. À l’est de la Faille de Davidson, l’épaisseur de l’unité de
conglomérat diminue progressivement vers l’Est.
On distingue une unité conglomératique de forme ovale en carte constituée de bandes plissées ovales à proximité de la faille, en discordance avec les unités sédimentaires sous-jacentes et dont les composants présentent des similitudes avec les roches volcaniques situées de l’autre côté de la faille. La schistosité régionale est globalement Est-Ouest. Des intrusions sont aussi présentes sur la propriété, sous formes de dykes mafiques d’âges non-identifiés et d’orientation subparallèle à la Faille de Davidson dans la partie Sud, et sous forme d’une intrusion felsique d’attitude Nord-Sud dans la partie nord. Toute la zone est affectée par un métamorphisme moyen, globalement du faciès des schistes verts mais qui atteint localement le faciès amphibolitique. La propriété recèle de
nombreux indices aurifères de styles et de contextes géologiques différents, certains ayant même donnés lieu à des exploitations à petite échelle (Gunning, 1941). Un autre gîte, nommé Héva, est localisé dans l’Est de la propriété et présente une minéralisation en or associée à des veines et veinules de quartz près de la Faille de Cadillac.

But et objectifs

Le but de cette étude est de déterminer la nature de la Faille de Davidson et d’établir si elle a pu jouer un rôle dans la formation des minéralisations aurifères dans son environnement immédiat. Dans cette optique, plusieurs sous-objectifs ont été définis : • Établir le contexte géologique de plusieurs indices aurifères de part et d’autre de la faille (Figures 1.3 et 1.4). Le secteur de la Faille de Davidson recèle probablement de nombreux indices aurifères mais la nature marécageuse des alentours limite les choix de lieux d’études aux zones affleurantes et décapées. La caractérisation se fera au niveau : • lithologique ; • structural; • métamorphique; • et de la minéralisation.Comparer entre eux les indices répertoriés. Il s’agit de : • Corrélation génétique entre les unités de part et d’autre de la faille; • Établir des relations chronologiques; • Établir la présence de liens génétiques entre les différentes minéralisations en les différenciant à l’aide de signatures chimiques. • Établir le cas échéant le rôle métallogénique de la Faille de Davidson en vérifiant les relations géométriques et structurales des indices par rapport à la position de la faille.

Méthodologie

Les zones étudiées en détail sont au nombre de six. Deux d’entrés elles sont les anciens indices historiques ayant été exploités. Les secteurs étudiés sont : 1. l’ancien site d’exploitation Tech Hughes, 2. l’ancien site d’exploitation Héva, 3. l’indice Major, 4. l’indice Marais Est, 5. l’affleurement Hosco, 6. la coupe Kinojévis. Le site Tech Hugues est situé sur le bloc Ouest de la Faille de Davidson à moins de 100 m de celle-ci. Encaissé dans le Groupe de Cadillac, il est sous forme de veines Est-Ouest. La minéralisation du site Héva, jouxtant la Faille de Cadillac est étudiée à l’aide d’échantillons prélevé sur des forages. Elle se présente sous forme de veinules encaissées dans des roches sédimentaires schisteuses. Le site Major est à proximité de l’intersection des failles de Davidson et de Cadillac et se compose de 2 décapages (Major et Conglomérat Ouest). Les minéralisations sont sous formes de veinules encaissées dans l’unité conglomératique isolée de la
Faille de Cadillac et associées à des zones de déformation Est-Ouest. L’indice Marais Est, dans le Nord de la propriété, comporte des systèmes de veines bréchiques, associées spatialement au contact d’une intrusion mafique et de séquences de wackes. L’affleurement Hosco, situé à 5 km de la Faille de Davidson, est un site « témoin » typique des minéralisations du projet de mine Joanna détenu par Aurizon Lté. Il s’agit de veines encaissées dans une zone de cisaillement Est-Ouest encaissées dans des roches sédimentaires.

Table des matières

RESUME
REMERCIEMENTS
TABLE DES MATIERES
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES ABBREVIATIONS
Chapitre 1 – Introduction 1
1.1 Problématique générale : gisements aurifères
orogéniques et contrôle structural secondaire
1.2 Application dans la Sous-province de l’Abitibi, Québec, Canada
1.3 Zone d’étude
1.4 But et objectifs
1.5 Méthodologie
Chapitre 2 – Géologie des indices minéralisés 
2.1 Introduction 
2.2 Décapage Hosco
2.3 Affleurement Kinojévis
2.4 Décapage Marais Est
2.5 Décapage Tech Hughes
2.6 Décapages Major
2.6.1 Décapage Est
2.6.2 Décapage Ouest
2.6.3 Décapage Sud
2.6.4 Synthèse
2.7Héva
2.8 Discussion préliminaire
2.8.1 Lithologies
2.8.2 Métamorphisme
2.8.3 Déformation
2.8.4 Veines et Minéralisation
Chapitre 3 – Caractérisation chimique du quartz dans les veines 
3.1 Introduction
3.2 Méthode analytique
3.3 Validation
3.4 Résultats
3.5 Synthèse et discussion préliminaire
Chapitre 4 – Analyse des inclusions fluides des minéralisations 
4.1 Introduction 
4.2 Spectrométrie de masse des inclusions fluides.
4.2.1 Méthodologie
4.2.2 Résultats
4.3 Pétrographie des inclusions fluides.
4.4 Synthèse et discussion préliminaire
Chapitre 5 – Synthèse et discussion 
5.1 Introduction 
5.2 Ensembles lithologiques
5.2.1 Groupes de Cadillac et de Pontiac.
5.2.2 Groupe de Timiskaming et Conglomérat du site Major
5.2.3 Le dyke de gabbro de l’indice Marais
5.3 Structure et déformation
5.3.1 Style structuraux des indices
5.3.2 Métamorphisme
5.3.3 Faille de Davidson
5.4 Hydrothermalisme et Minéralisation
5.4.1 Générations de veines
5.4.2 Signatures de fluides
5.5 Implications et recommandations
Chapitre 6 – Conclusion 
Références
Annexe A : Liste des échantillons et des données de terrain
Annexe B : Résultats d’analyse des éléments traces dans le quartz des
veines par LA-ICP-MS
Annexe C : Spectrométrie de masse des inclusions fluides

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