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

Résumé

La plupart des gisements d'étain primaires sont associés avec des intrusions granitiques. Pourtant, les relations spatiales entre eux ne sont pas toujours évidentes, celles-ci montrant plusieurs variantes. Certains gisements sont situés dans ou près de la zone de contact entre l'intrusion et les roches environnantes: ce sont les gisements proximaux. D'autres sont localisés dans des roches relativement éloignées de l'intrusion: ce sont les gisements distaux. Quel est le mécanisme de la séparation spatiale des gisements d'étain? Sous quelles conditions se forment les gisements proximaux? Sous quelles conditions se forment les gisements distaux? Ces questions sont liées de près avec l'exploration minérale. Vu que la zone de contact entre l'intrusion et les roches environnantes est une frontière géologique et géophysique, elle est donc une référence utile pour étudier la localisation des gisements et choisir les cibles d'exploration, et surtout pour établir la profondeur des forages d'exploration. Ces problèmes n'ont pas été étudiés systématiquement jusqu'à maintenant. La localisation des gisements d'étain a été généralement attribuée aux environnements locaux de déposition des minerais, ex.: "des couches sédimentaires favorables" ou "des positions structurales favorables", etc. Par conséquent, il semble que la localisation des gisements d'étain est indépendante des intrusions elles-mêmes et est principalement déterminée par les conditions locales. Etant donné que la plupart des composantes de la minéralisation et la capacité de mouvement des fluides minéralisateurs origine des intrusions granitiques, on peut quand même affirmer que la localisation des gisements d'étain associés avec des intrusions est contrôlée principalement par les intrusions elles-mêmes. Pourquoi certains gisements d'étain sont-ils localisés au contact entre les intrusions et les roches environnantes, alors que d'autres sont localisés dans des roches relativement éloignées des intrusions? Cette localisation des gisements est probablement plus déterminée par les intrusions elles-mêmes que par les conditions locales. Les modèles de zonation métallique ont expliqué la distribution spatiale régulière des différents éléments ou des assemblages d'éléments par rapport aux intrusions, mais n'ont pas examiné la différenciation d'une zone spécifique de minéralisation par rapport aux intrusions.

Le champ de minéralisation polymétallique-stannifère de Xinlu, Guangxi, Chine méridionale, où des gisements d'étain proximaux et distaux se sont développés, constitue une excellente région pour examiner certains des problèmes mentionnés ci-dessus. Ce champ fait partie du district minéralifère de Ping-Gui, lequel est un des plus importants producteurs d'étain de la Chine. La minéralisation polymétallique-stannifère dans cette région, comme dans les autres parties de la Chine, est associée avec des intrusions granitiques formées dans les environnements tectoniques de "diwa" ou d'activation de plateforme, ce qui est typique des provinces métallogéniques en Chine et ailleurs.

Le champ de minéralisation de Xinlu a une histoire tectonique compliquée, qui se divise en trois étapes: l'étape géosynclinale (du Protérozoique à la fin du Silurien), l'étape de plateforme (du Dévonien au début du Triassique), et l'étape de diwa (du milieu du Triassique au récent). La minéralisation polymétallique-stannifère est reliée aux intrusions granitiques du Batholithe de Guposhan, qui s'est formé lors de l'étape de diwa. Le champ de minéralisation de Xinlu se trouve à la marge sud du batholithe. Il y a trois phases d'intrusion dans le batholithe. La première phase est située du côté est de Xinlu, la deuxième phase se trouve à l'ouest; ces deux phases se chevauchent au nord de Xinlu, et la trosième phase est située dans le milieu du champ de minéralisation sous forme de petits stocks. Les roches sédimentaires à Xinlu sont des carbonates et des roches élastiques déposées lors de l'étape de plateforme. Elles sont entourées par les granites du Batholithe de Guposhan sur trois côtés (est, nord et ouest) et à la base. Par conséquent, le champ de minéralisation est en fait situé dans un profil concave de la surface des intrusions. Plusieurs dykes, principalement de composition intermédiaire, injectent les roches sédimentaires.

Cinq gisements polymétalliques-stannifères ont été découverts à Xinlu. Les gisements Dachong et Liuhe'ao sont situés au nord du champ de minéralisation, là où les intrusions granitiques recoupent les niveaux plus élevés. Les corps minéralisés se superposent sur les skarns et les hornfels développés dans la zone de contact entre les intrusions et les roches encaissantes. Les gisements Baimianshan et Shimen se trouvent dans la partie sud du champ de minéralisation, là où les granites sont plus profonds. Les corps minéralisés se sont développés dans les carbonates situés entre quelque cents et mille mètres au-dessus des intrusions granitiques. Il y a une relation serrée entre les corps minéralisés, les dykes et les failles remobilisées par les intrusions granitiques. Le gisement Mouqiaomian est situé à l'ouest de Xinlu, là où les carbonates sont entourés par les granites sur tous les côtés et à la base, et les corps minéralisés sont développés dans les carbonates au-dessus des skarns dans la zone de contact entre les granites et les roches encaissantes. La plupart des corps minéralisés distaux sont du type veine escarpée, excepté les deux corps minéralisés stratiformes à Baimianshan. Les assemblages des minéraux métalliques sont similaires, composés principalement de pyrrhotite et sphalerite, avec la présence de cassitérite dans le minerai.

L'étude des caractéristiques géochimiques des granites du Batholithe de Guposhan indique que la troisième phase d'intrusion a évolué à partir du magma de la deuxième phase, les deux étant des granites de type S. La première phase a une source similaire aux granites de type I. La troisième phase intrusive a le plus haut potentiel de minéralisation, ce qui est supporté par son association spatiale avec les gisements, par son plus haut degré de différenciation, et ses plus hauts contenus en éléments minéralisateurs que les granites "stériles". La déficience en ETR, Sn et F dans les granites de la troisième phase par rapport à ceux de la deuxième phase peut être expliquée par le partage des éléments dans les fluides hydrothermaux qui lui sont associés, ce qui est supporté par leur caractère hyperalumineux. Les contenus en éléments de minéralisation dans les granites de la deuxième phase et dans le membre le plus felsique de la première phase sont assez élevés, mais ces magmas granitiques ont retenu les éléments de minéralisation plutôt que de les relâcher dans les fluides hydrothermaux, réduisant ainsi leur potentiel de minéralisation. Les dykes sont génétiquement reliés aux granites du Batholithe de Guposhan, comme le démontre leur rapport spatial et temporel. Un modèle de contamination sédimentaire est proposé pour expliquer la composition moins riche en silice des dykes en comparaison avec les granites, ce qui est supporté par les observations pétrologiques et les études géochimiques. Le potentiel de minéralisation des dykes est généralement bas à cause de leur petite taille et de leur potentiel de rétention des éléments de minéralisation. Les roches sédimentaires ont en général un plus faible potentiel de minéralisation que les granites, parce que leurs contenus en éléments de minéralisation sont généralement faibles, et que la remobilisation des éléments requiert des conditions plus spécifiques.

Les caractéristiques géochimiques des minéraux métalliques ont été étudiées. Les compositions isotopiques de S, O et Pb des minéraux métalliques des gisements proximaux et distaux sont similaires, et indiquent que la majorité des fluides minéralisateurs sont dérivés des magmas granitiques, quoique une certaine partie des éléments et fluides minéralisateurs soient dérivés des roches sédimentaires et de l'eau météorique. Il est clair que la formation des gisements distaux n'est pas déterminée par une source non-magmatique des éléments minéralisateurs. Les gisements proximaux et distaux dans le champ polymétallique-stannifère de Xinlu sont formés dans un système hydrothermal contrôlé par les intrusions granitiques.

Les inclusions fluides dans la cassitérite des gîtes proximaux et distaux et dans le quartz des granites associés avec les gisements proximaux ont été systématiquement étudiées. Les températures des fluides minéralisateurs sont estimées à l'aide des températures d'homogénéisation et indiquent que le gradient de température dans les conduits est faible. Les pressions des fluides sont estimées à partir des isochores des inclusions individuelles. Dans les gisements, les valeurs se situent entre celles des pressions lithostatique et hydrostatique (plus près de hydrostatique). Pour ce qui est des intrusions, la pression des fluides se rapproche de la pression lithostatique vers l'intérieur des intrusions. Il est possible que le contraste des pressions des fluides entre l'intérieur et l'extérieur des intrusions soit à l'origine de la dynamique de mouvement des fluides. L'étude des inclusions fluides indique aussi que la séparation des phases fluides est un mécanisme important pour la déposition des gisements proximaux et distaux. Ce point est démontré par la coexistence générale des inclusions fluides homogénéisées à l'état liquide et à l'état vapeur à des températures similaires.

Une analyse du système des conduits à Xinlu indique la présence de systèmes subverticaux et d'autres sub-horizontaux. Le premier est représenté par des failles et fractures, et le second est représenté par les litages et fractures interstratifiées dans les roches sédimentaires. Les conduits les plus efficaces pour les courants des fluides de minéralisation à Xinlu sont les failles et fractures contrôlant l'intrusion des dykes et/ou remobilisées par l'intrusion granitique. Puisque les dykes sont génétiquement associés avec les granites, les structures contrôlant les dykes sont plus probablement reliés aux sources des fluides de minéralisation. L'association temporelle entre les dykes et les granites fait en sorte que ces structures peuvent mieux conserver leur forte perméabilité pendant l'activité des fluides de minéralisation. Le caractère géomécanique d'extension des structures indique que les fluides à l'intérieur de celles-ci approchent un état hydrostatique. Ceci contraste avec l'état lithostatique à l'intérieur des intrusions. Le système sub-horizontal a peut-être joué un rôle pour fournir de l'eau souterraine et des solutions à partir des roches sédimentaires aux fluides de minéralisation dans les conduits, mais les quantités incorporées sont limitées.

Des modélisations sont effectuées pour simuler la distribution des gradients de température dans un environnement d'intrusion concave comme celui de Xinlu. Il est démontré que le gradient de température est le plus bas à la zone de contact et augmente loin de l'intrusion. Ceci est à l'opposé d'un environnement d'intrusion convexe. Les gisements hydrothermaux ayant tendance à être localisés là où la température des fluides de minéralisation baisse brusquement, il s'en suit que les gisements proximaux se forment plus difficilement dans un environnement d'intrusion concave.

Fondé sur les études ci-dessus, un modèle général est établi pour expliquer la localisation des gisements proximaux et distaux à Xinlu. Ce modèle tient compte des conduits, de la dynamique de migration, de la séparation de phase et de la baisse de température des fluides de minéralisation. La dynamique de migration des fluides de minéralisation est principalement déterminée par le gradient de pression entre les régions sources et les conduits, ce qui est associé de près avec la profondeur d'emplacement des intrusions granitiques. L'étude des inclusions fluides de Xinlu et les conclusions d'autres auteurs dans la littérature indiquent que la pression des fluides à l'intérieur d'une intrusion est égale ou supérieure à la pression lithostatique, alors que la pression des fluides dans les conduits s'approche plutôt de la pression hydrostatique. Puisque la pression lithostatique augmente avec la profondeur plus rapidement que la pression hydrostatique, le contraste entre les deux augmente avec la profondeur. Par conséquent, plus l'intrusion est profonde, plus la dynamique de migration des fluides sera élevée et plus ceux-ci pourront migrer sur de grande distance avant de déposer les minerais. Ceci est supporté par le fait que les gisements proximaux sont mieux développés au nord de Xinlu, là où les intrusions sont moins profondes, alors que les gisements distaux sont mieux développés au sud de Xinlu, là où les intrusions sont plus profondes. La distance verticale entre les gisements et les intrusions est proportionnelle à la profondeur d'emplacement des intrusions. Ce point est aussi supporté par les caractéristiques géochimiques des minéraux métalliques qui indiquent que les fluides de minéralisation sont principalement dérivés des intrusions granitiques, et par l'étude des inclusions fluides qui indique un faible gradient de température dans le système des conduits, ce qui implique une haute vitesse de courant des fluides de minéralisation. La séparation de phase, qui est un des mécanismes les plus importants pour la déposition des minerais, a joué un rôle très important pour la localisation des minerais. Le fait que la séparation de phase se fasse dans un lieu proximal ou distal, et la distance de migration des fluides de minéralisation avant la séparation de phase, sont déterminés par la composition, la température et la pression des fluides et la profondeur d'emplacement des intrusions. Au nord de Xinlu, la profondeur des intrusions est assez faible et les fluides de minéralisation sont transférés du champ à une phase à celui à deux phases dans la zone de contact immédiate en sortant des intrusions. Au sud de Xinlu, la profondeur d'emplacement des intrusions est assez grande et les fluides de minéralisation restent dans le champ à une phase même sous la pression hydrostatique au niveau de la zone de contact. La séparation de phase ne se produit donc pas immédiatement à la sortie des intrusions, mais à plusieurs centaines de mètres au-dessus de celle-ci. La baisse de température est un autre mécanisme très important pour la déposition des minerais. Ceci est compatible avec le modèle, vu que les environnements moins profonds des intrusions sont généralement associés aux intrusions convexes. Celles-ci, avec un gradient de température plus élevée à la zone de contact, favorisent la formation des gisements proximaux. Inversement, les intrusions plus profondes sont plus probablement concaves et avec un gradient de température moins élevée à la zone de contact, ce qui est défavorable à la formation des gisements proximaux.

En résumé, les gisements hydrothermaux associés avec les intrusions magmatiques se forment plutôt dans la zone de contact entre l'intrusion et les roches environnantes lorsque l'intrusion est placée à des niveaux élevés et est convexe. Ils sont plutôt localisés à des emplacements distaux quand l'intrusion est située à des niveaux plus profonds et est concave. Le niveau de déposition des minerais dépend en grande partie du développement du système de conduits et de la composition, la température et la pression des fluides de minéralisation. Une revue de la littérature indique que les modèles établis à Xinlu peuvent être appliqués sur une variété de gisements hydrothermaux associés avec les intrusions granitiques dans d'autres régions du monde, bien que les conditions géologiques spécifiques peuvent influencer les modèles. Les connaissances de la géologie locale, de la distribution spatiale des intrusions, de la source, la composition, la température et la pression des fluides de minéralisation, des donnés P-V-T-X correspondantes, de la distribution des conduits et des diverses unités lithologiques favorables pour la déposition des minerais influencent l'application des modèles. Ces modèles peuvent servir à choisir les cibles d'exploration minérale et à établir la profondeur des forages.