Modélisation 3D des corps bréchiques et minéralisés
Projet DIVEX SC12
|
Carte de situation des zones étudiées. |
Introduction
Ce projet envisage de développer la compréhension géométrique et structurale des gisements bréchiques dans les environnements métamorphiques en 3D, en tentant d’insérer des paramètres géomécaniques dans les modèles géométriques. Le présent projet vise une famille morphologique de gisements encore mal reconnus, les corps bréchiques. Un grand nombre de minéralisations sont en effet associés à de vaste ensemble de brèche : c’est le cas pour des gisements de Pb-Zn (Mississipi Valley Type), d’or (Carlin type), d’uranium (gisements sous discordance), de cuivre-molybdène (porphyres), de platinoïdes (gabbro vari-texturé) ou polymétalliques (gîte fer-oxydes à Au-Cu-U-REE-Co). L’importance économique de ces gisements est absolument majeure puisque ces gisements constituent parmi les plus importants producteurs d’or, d’uranium, de molybdène, de cuivre, de terres rares, etc. Ces systèmes bréchiques sont également fréquents dans les réservoirs pétroliers.
Problématique
Ces gisements posent des problèmes fondamentaux et des problèmes appliqués. Sur le plan fondamental, on connaît maintenant les grands mécanismes de fragmentation dans les systèmes hydrothermaux. On dispose de quelques outils de mesure, issus de la sédimentologie et de la géologie structurale. Ces outils sont rarement étalonnés en terme de processus. La modélisation de l’ensemble des processus physiques conduisant à une géométrie globale reste encore très difficile. On ignore à peu près complètement le bilan énergétique de ces processus. Sur le plan appliqué, les explorateurs miniers connaissent de grandes difficultés en vue de réaliser une modélisation des corps de brèches en exploration, aussi bien du point de vue de la géométrie interne que de l’enveloppe externe.
Objectifs
L’objectif de la recherche vise à prévoir la taille et la teneur des corps bréchiques minéralisés. Qu’est ce qui contrôle les volumes de brèches, et donc les tonnages des gisements ? Qu’est ce qui contrôle la perméabilité des brèches, et donc les teneurs des gisements ? Ces paramètres économiques majeurs peuvent théoriquement être prévus si on est capable de modéliser les processus de genèse de ces minéralisations. Plusieurs sous-objectifs ont donc été définis :
- Mieux définir quelques exemples de gisements bréchiques sur la base de description rigoureuse, quantitative, dans des environnements métamorphiques fréquents au Québec, et en déduire les mécanismes de genèse;
- modéliser la formation de ces brèches sur une base numérique;
- proposer des outils pratiques pour l’exploration minière.
Méthode
Afin de répondre au premier objectif, nous avons choisi la région de Chibougamau pour zone d’étude. Le secteur présente un fort potentiel pour les minéralisations à Cu-Au à caractère porphyrique (Pilote, 1998). Les minéralisations se situent dans les plutons, donc dans un environnement très fréquent dans le Nord du Québec. Deux secteurs ont été plus particulièrement investigués, dans la région de Troilus, au Nord-Ouest de Chibougamau, et dans celle de Queylus, au Sud de Chibougamau. L’étude visait à reconnaître les volumes bréchiques, connus pour varier dans de grandes proportions (2 à 15 Mm3), et différents paramètres géométriques tels que la granulométrie ou la complexité morphologique des fragments.
Afin de répondre au deuxième objectif, nous avons choisi de développer une modélisation numérique sur une méthode complètement originale, les automates cellulaires, particulièrement bien adaptés pour simuler des processus granulaires. Pour cela, il est nécessaire de concevoir un générateur de roches virtuelles, puis de l’affecter par différents processus de fragmentation et de dissolution. Ce modèle sera comparé aux données statistiques de terrain.
Enfin, afin de répondre au troisième objectif, plusieurs outils diagnostics ont été développés pour les compagnies d’exploration minières, depuis des outils d’aide au diagnostic, très simples, à utiliser sur de terrain, jusqu’à des outils plus complexes de simulation.
Conclusions
Les travaux réalisés ont permis de développer de meilleures connaissances sur les gisements en environnement bréchiques et de développer des outils d’appuis à la prospection minière. Sur le plan fondamental, l’étude des brèches de Queylus et de Troilus a permis de proposer de nouveaux modèles de mise en place de ces gisements. A Queylus, le pipe bréchique est issu d’un processus de fluidalisation dans un contexte d’ouverture tectonique en transtension le long d’accident E-W. Ce pipe est vraisemblablement situé au sommet d’une coupole magmatique à caractère porphyrique. A Troilus, les brèches résultent à la fois de processus magmatique de sommet de coupole, et d’altération post-solidus à caractère hydrothermal.
Corps bréchiques montrant de fortes variations granulométriques; brèche de Queylus.
Ainsi, l’étude de la brèche de Queylus permet de répondre à une des questions de base du projet. Les volumes de brèches sont contrôlés dans certains cas par les conditions d’ouverture le long des failles. C’est la géométrie en transtension qui va permettre de calculer le volume minéralisé potentiel. Ces résultats rejoignent clairement les travaux de R. Sibson (2001) et de Corbett et Leach (1995) sur les systèmes porphyriques et épithermaux dans la zone Pacifique. Les systèmes Archéens obéissent aux mêmes lois. Comme dans les systèmes plus récents, on peut s’attendre à rencontre le long de ces failles :
- brèche hydraulique à or (Sibson, 2001);
- des brèches de dissolutions pouvant être minéralisées en uranium le long des failles (Lorilleux et al., 2001);
- des brèches à cuivre et or, issues de fluidalisation au sommet de porphyres (Furic et al. 2005).
La deuxième question portait sur le contrôle de la perméabilité des brèches, et donc les teneurs des gisements. Les travaux de terrain et la simulation informatique permettent de donner quelques pistes de réponses. Trois paramètres sont essentiels :
- le taux de dilatation; dans le cas des modèles étudiés, ce taux est une fonction du mouvement le long des failles; il est généralement très faible;
- la loi de fragmentation. Une loi de type fractale semble moins favorable pour obtenir une forte perméabilité. En effet, la poussière de roche produite dans un contexte de forte différentiel des contraintes (explosion, friction) à tendance à s’organiser selon une tesselation (type Arrhenius) favorisant un modèle compact, avec peu de porosité;
- la durée des interactions et les processus de dissolution; ce sont ces processus qui ont été particulièrement étudiés au cours de cette étude. Les outils mis au point permettront à la fois un diagnostic plus facile sur le terrain et des simulations qui appuieront à la fois la reconnaissance des processus, et la prévision de la perméabilité.
Références
CORBETT, G.J. and LEACH, T.M. (1995) S.W. Pacific Rim Au/Cu Systems : Structure, Alteration and Mineralization. Vancouver: University of British Columbia, (Short Course, MRDU).
LORILLEUX, G., JÉBRAK, M., CUNEY, M. and BAUDEMONT, D. (2001) Polyphased hydrothermal breccias associated with unconformity-type uranium mineralization (Canada): from fractal analysis to structural significance. Journal of Structural Geology, 24: 323-338.
PILOTE, P. (1998) éditeur. Géologie et Métallogénie du district minier de Chapais-Chibougamau. Nouvelle vision du potentiel de découverte. Ministère des Ressources Naturelles180 p.(; DV 98-03). Livret-guide d'excursion.
SIBSON, R.H. (2001) Seismogenic framework for hydrothermal transport and ore deposition. Richards, J.P. and Tosdal, R.M. Review in Economic Geology, 14; Structural controls on ore genesis. pp. 1-24.
