Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Le dépôt d'or et de mercure de Danzhai, qui fait l'objet de cette étude, est situé dans le district oriental de Guizhou ( Chine du sud-ouest), province célèbre pour sa production de mercure. Quelques cent dépôts de mercure, antimoine, arsenic, or et barytine sont présents dans ce district et dans la région voisine, la province de Hunan. Danzhai était très connu comme un des plus grands dépôts de mercure en Chine. Il était exploré et exploité comme dépôt de mercure pendant plus d'une trentaine d'années.

Dès le début des années 1980, en comparant les caractères géologiques du dépôt d'or et de mercure de Danzhai avec ceux du dépôt d'or de type-Carlin dans l'ouest des États-Unis, une réévaluation de la mine de mercure a été effectuée pour trouver de l'or. Les travaux géologiques détaillés ont démontré que la minéralisation d'or est actuellement associée à la minéralisation de mercure, il est aussi d'une importance industrielle indépendante.

1. L'environnement tectonique

La colonne stratigraphique de la région orientale de la province de Guizhou est presque complète à partir du Protérozoïque jusqu'au Trias Inférieur-Moyen, et comprend les carbonates et les flyschs du Paléozoïque Supérieur, les carbonates du Paléozoïque Inférieur intercalés occasionnellement par des shales et des roches élastiques protérozoïques légèrement métamorphisées.

L'environnement tectonique de la région orientale de Guizhou est encore problématique. Le concept bien accepté est que la Chine méridionale, particulièrement la région d'étude, est située dans le bouclier de Yangtze. Mais cette interprétation est remise en question par Hsii et al. (1988, 1989) qui proposent un modèle de chevauchement. Les différentes interprétations de l'environnement tectonique du sud de la Chine résultent des diverses interprétations du Groupe de Banxi. Hsu et al. (1988, 1989) assument que le Groupe de Banxi est segmenté par un océan (océan de Banxi), limité par deux continents séparés Yangtze et Huanan (sud de la Chine) pendant la période pré-Mésozoïque. L'océan fut fermé au Trias Supérieur et le Huanan chevaucha le continent de Yangtze. Mais dans la région d'étude, le Groupe de Banxi est clairement sous-jacent aux roches sédimentaires cambriennes et siniennes. Par conséquent, il appartient au Protérozoïque comme il est traditionnellement accepté. Donc, du moins dans la région orientale de Guizhou, l'interprétation orthodoxe est plus raisonnable que le modèle de chevauchement.

Le district étudié est situé dans la partie moyenne du synclinorium Kaili-Fanchen, qui comprend plusieurs plis successifs de direction N-NE et des failles de direction N-NO et NO. L'importante faille régionale FI coupe le synclinorium dans la région de Sandou- Danzhai. Les failles subsidiaires reliées à FI sont très nombreuses et la plupart sont orientées N-S ou NNE. Beaucoup de dépôts de mercure, or, arsenic, antimoine sont associés avec ces failles qui constituent la ceinture minéralisée de Sandou-Danzhai.

2. Les caractères géologiques du dépôt d'or et de mercure de Danzhai

Les roches hôtes du dépôt d'or et de mercure de Danzhai sont les carbonates de l'Ordovicien Inférieur et Cambrien Supérieur, ayant des structures bréchifiées, litées et laminées. Les corps minéralisés en or et mercure se présentent principalement dans les failles, quelquefois dans les lits. Les altérations périphériques présentent des assemblages de basse température tels que la silicification et la carbonatisation. Les assemblages de minéraux sont principalement: les sulfures d'arsenic, de mercure, d'antimoine comme le cinabre, l'arsénopyrite, la stibine, la pyrite, le realgar, l'orpiment et la barytine. Les minéraux d'or ou l'or finement greinu n'ont pas été observés aux microscopes optique et à balayage électronique, mais les analyses chimiques et les analyses par activation neutronique ont montré qu'il existe une corrélation positive entre l'or et l'arsenic. Ainsi, l'or peut être est associé à des minéraux d'arsenic comme l'arsénopyrite, le réalgar, l'orpiment ou la pyrite arsénifère. Le rapport Au/Ag est toujours supérieur à 1 dans les corps aurifères, mais inférieur à 1 dans les roches hôtes et les dépôts de mercure. Les métaux de base ne sont pas concentrés dans les corps minéralisés ou dans les roches hôtes. Les hydrocarbures, particulièrement les bitumes sont abondants dans les roches hôtes, et aussi dans les corps minéralisés. Évidement, les caractéristiques géologiques du dépôt d'or et de mercure de Danzhai sont presque identiques à celles du dépôt d'or de type-Carlin dans l'ouest États-Unis par autre le dépôt de Danzhai n'est pas associé à des roches ignées.

3. La concentration des hydrocarbures et la minéralisation d'or et de mercure

Les bitumes sont largement distribués dans les roches sédimentaires paléozoïques dans la région orientale de Guizhou. Les grès bitumineux sont surtout présents dans la seconde unité de la Formation de Wengxiang, Silurien (S1.2W2) et dans la Formation de Honghuaran, Ordovicien Inférieur (Oih) de la région de Majiang, Duyun, Danzhai et Kaili. L'investigation sur le terrain montre que la concentration de bitume fut contrôlée définitivement par le pli de Majiang et les strates sus-mentionnées. Même dans la seconde unité de Wengxiang, les bitumes sont seulement concentrés dans le niveau plus bas que le coutour -500 m du pli de Majiang. Au-dessus de ce niveau, aucun grès bitumineux n'a pu être observé même dans le même lit de grès. Ainsi, le niveau -500 m est probablement la limite entre le pétrole et les saumures de champs pétrolifères. Cet ancien réservoir est appelé le réservoir pétrolier de Majiang-Danzhai.

Plusieurs dépôts de mercure, d'antimoine, d'or et de barytine sont distribués dans ou autour de cet ancien réservoir pétrolier. La ceinture minéralisée de Sandou-Danzhai est aussi située dans l'extension de ce réservoir pétrolier. Les minéralisations tendent à être enrichies là où la concentration en hydrocarbures est modérée, mais ne le sont pas là où les bitumes sont extrêmement enrichis, pauvres ou absents. Il est remarquable que tous les dépôts de mercure, antimoine, arsenic, or et barytine se trouvent en bas de -500 mètres, interface possible entre le pétrole et la saumure du champ pétrolifère.

Beaucoup de formes d'hydrocarbures se présentent aussi dans les roches hôtes carbonatées cambriennes et ordoviciennes de ce dépôt. Les bitumes sont présents dans les pores des carbonates laminés et/ou des carbonates lités. Ils remplissent aussi les stylolites et les géodes dans les carbonates. En plus, les bitumes mesurant quelques centimètres, se présentent sous forme de veines dans les roches carbonatées. Les hydrocarbures sont présents également dans le dépôt, dans les veines et dans les corps minéralisés. Les hydrocarbures souvent observés sont des bitumes dispersés dans le quartz, les carbonates et la barytine et ils peuvent être facilement distingués par leur couleur. Par exemple, les calcites et les veines de quartz de couleur noire, les calcites tachetées en noir sont souvent observées dans le dépôt. Les bitumes "en plaque", en veinules et stylolite renferment souvent des sulfures tels que l'arsénopyrite, la pyrite, et le cinabre. Le cinabre et la gangue de minéraux englobent les bitumes. Une autre forme d'hydrocarbure solide, la cire minérale aussi identifiée dans le dépôt, est caractérisée par une couleur brune et brun-foncée et se présente en filonnets parfois associés au bitume ou isolée. Comme le bitume, la cire minérale est souvent associée aux sulfures tels que l'arsénopyrite, la pyrite, le cinabre. L'examen attentif au microscope montre l'absence des zones réactionnelles dans ces hydrocarbures solides, ce qui exclut probablement une formation des hydrocarbures avant la venue du fluide minéralisateur. Par conséquent, il est conclu que ces hydrocarbures co-précipitaient avec les minéraux hôtes et les minéraux sulfurés. Ceci suggère que ces hydrocarbures étaient une partie significative du fluide minéralisateur, c'est-à-dire que les minéralisations d'or et de mercure dérivaient probablement du pétrole et/ou des saumures des champs pétrolifères associées à l'ancien réservoir pétrolifère de Majiang-Danzhai.

La pétrographie organique a démontré que les bitumes dans les roches hôtes, les veines et les minéraux du dépôt sont identiques aux bitumes du réservoir pétrolier de Majiang-Danzhai. La réflectance des bitumes à partir des différents stades de minéralisation du dépôt est élevée et varie entre 2 et 3.8%. Les températures calculées à partir de cette réflectance sont de l'ordre de 150-210°C. Les bitumes sont actuellement les pyrobitumes à réflectance élevée, à texture en mosaïque et de nature anisotropique. L'investigation de la fluorescence souligne que les bitumes ont perdu leur fluorescence. Donc, le pétrole présent dans le réservoir de Majiang-Danzhai a atteint le stade de gaz naturel thermogénique, qui est le dernier stade de l'évolution du pétrole pendant la formation du dépôt d'or et de mercure de Danzhai.

4. L'étude des inclusions fluides

L'examen des inclusions fluides de minéraux hôtes des différents stades de minéralisations de ce dépôt révèle quelques informations importantes au sujet du fluide minéralisateur. Plusieurs inclusions d'hydrocarbures sont identifiées dont: (1) à méthane liquide; (2) à bitume; (3) à cire minérale; (4) à huile lourde et bien sur des combinaisons de ces inclusions. Les inclusions d'huiles lourdes sont présentes seulement dans le second stade de minéralisation et quelques inclusions contenant des huiles lourdes sont rencontrées dans le troisième stade de minéralisation. D'autres types d'inclusions hydrocarbures sont observés à des stades variés de minéralisation.

Les inclusions fluides d'hydrocarbures sont les plus abondantes dans plusieurs minéraux de différents stades de minéralisation. Les inclusions de méthane liquide sont ubiquistes dans les minéraux métallifères tels que le cinabre, le réalgar et les minéraux de la gangue tels que le quartz, la calcite, la dolomite et la barytine. Les inclusions d'huiles lourdes ont tendance à se concentrer dans les carbonates tel la calcite et la dolomite. La relation spatiale entre les inclusions de méthane liquide, le cinabre et le réalgar démontre que les inclusions d'hydrocarbures sont la fraction la plus important du fluide minéralisateur. Il est exceptionnel que plusieurs types d'inclusions hydrocarbures en quantité importante soient uniques dans un dépôt. Évidemment, l'étude des inclusions fluides confirme que ces hydrocarbures constituaient une partie importante de fluide minéralisateur et avaient probablement joué un rôle important dans le transport et le dépôt des éléments minéralisateurs.

Les salinités enregistrées par les inclusions aqueuses varient entre 5.2 et 19.3% en pois eq. NaCl avec une moyenne de 7.3% en pois eq. NaC1. La plupart d'entre elles ont une à deux fois la salinité de l'eau de l'océan (3.2% en pois NaC1), seulement quelques échantillons exposent des salinités élevées. Les températures d'homogénéisation des inclusions aqueuses sont comprises entre 130 et 210°C, la plupart d'entre elles sont concentrées dans l'intervalle de 140 à 180°C. Ces températures sont considérablement plus élevées que celles de la plupart des environnements de la diagenèse sédimentaire et que celles des dépôts de plomb et zinc de MVT, mais elles sont équivalentes à celles des saumures de gaz naturel. L'immiscibilité des fluides est observée dans le stade de minéralisation. Différentes conditions de démixion sont trouvées dans beaucoup d'occasions. L'immiscibilité enregistrée par les inclusions de fluides dans le dépôt est celle entre les phases aqueuse et des hydrocarbures, particulièrement le méthane liquide. Les investigations exposent deux principaux types d'inclusions fluides intimement associées dans le même étalage planaire indiquant qu'elles sont captées dans les mêmes conditions en présence d'un fluide miscible des hydrocarbures et de saumure, mais leurs températures d'homogénéisation et leur salinités sont différentes.

L'étude par spectrométrie de masse à sonde solide confirme que les composants des hydrocarbures, particulièrement le méthane, sont d'importants constituants des inclusions fluides. L'abondance du méthane dans quelques inclusions est aussi élevée que 69.8 moles pour-cent. Des molécules d'hydrocarbures lourds sont aussi détectées par spectromètre de masse. Par comparaison de spectre de spectromètre de masse des phases de gaz distinctes au dessus bursts totale, un spectre démontre une séparation complète indiquant une immiscibilité dominante des phases CH4 et H2O dans le second stade de minéralisation. Un autre spectre cependant expose une immiscibilité dominante des phases de H2O et CO2 dans le troisième stade de minéralisation. Une quantité élevée en hydrocarbures dans les inclusions fluides corrobore que les hydrocarbures constituaient une partie importante du fluide minéralisateur et que les minéralisations d'or et de mercure dans le dépôt étaient reliées à l'évolution pétrolière régionale du réservoir de Majiang-Danzhai.

5. Étude isotopique

De nombreuses investigations démontrent que, la valeur initiale de (40Ar/36Ar)o dans l'eau de formation ou des saumures des champs pétrolifères est souvent autour de 295.5,(valeur de 40Ar/36Ar de l'atmosphère moderne). Les données isotopiques sur l'argon de trois échantillons du dépôt, montrent un excès de 40Ar. Le rapport initial de (40Ar/36Ar)o pour chacun des échantillons ou chacune des étapes d'écrasement est plus élevé que la valeur de l'atmosphère moderne. Les âges pour trois échantillons de quartz sont respectivement 2783 Ma, 3047 Ma et 2250 Ma. Évidemment, ils sont plus anciens que l'âge raisonnable de minéralisation, et même plus ancien que celle de roches sédimentaires hôtes cambriennes et ordoviciennes. Il y a deux façons d'interpréter l'excès d'argon anormal. D'une part, l'intervalle d'âge de ces échantillons est similaire à celui des roches ignées (e.g.: basaltes coussinés). Leurs valeurs initiales de (40Ar/36Ar)o sont très élevées et leur spectre est caractérisé aussi par une forme en selle. L'excès 40Ar peut dériver du manteau et traverser la croûte supérieure par dégazage. D'autre part, les strates hôtes du dépôt appartiennent au Cambrien et à l'Ordovicien, mais les dépôts similaires sont aussi présents dans les anciennes strates tels que le Cambrien Inférieure, le Sinien et même le Groupe Protérozoïque de Banxi. Les minéraux argileux sont enrichis dans ces strates, particulièrement dans les shales noirs du Cambrien Inférieur, qui sont largement distribués au dessus du craton de Yangtze, et considéré comme le principal niveau source de l'huile et des minerais de la région. Par conséquent, l'eau de formation ou saumure du champ pétrolifère peut lessiver le 40Ar radiogénique à partir de ces strates riches en K, et le précipiter postérieurement dans le dépôt d'or et de mercure de Danzhai. La dernière interprétation semble plus raisonnable que la première. La miscibilité de deux fluides distincts n'est pas identifiée ici, puisque de la seconde à la dernière minéralisation, l'isotope d'argon n'a aucun changement significatif.

Le plomb en trace dans la stibine est isolé avec succès à partir des composants majeurs tels que Sb et S pour l'étude d'isotope de plomb parce qu'il n'y a pas de galène disponible dans le dépôt. Les données sur les isotopes du plomb indiquent du plomb commun, plutôt que du plomb radiogénique. Les isotopes de plomb de tous les échantillons des différents corps minéralisés sont homogènes et ont une valeur p. plomb évolué élevée, lesquelles sont largement distribués au sud de la Chine. Ces caractéristiques de l'isotope du plomb dans le dépôt sont totalement différentes de celles de dépôts de Pb-Zn de MVT, mais sont similaires à celles des dépôts stratifiés des roches sédimentaires. En accord avec le modèle "plombotectonique" de Doe et Zartman (1979), les données sur les isotopes du plomb se situent dans la courbe d'évolution de la croûte supérieure. Donc, l'origine de l'isotope du plomb dans les dépôts est dérivée des roches sédimentaires cambro-ordoviciennes. L'âge modèle du plomb des minerais est autour de 400 Ma, équi