Nouveaux concepts pour l'exploration des sulfures massifs volcanogènes :
le cas de Matagami
Projet DIVEX-A SC30
Carte géologique simplifiée de la région de Matagami (d’après Roy et al., 2006). |
Introduction
Les SMV constituent une source importante de zinc, de cuivre, et de métaux précieux à l’échelle du Canada (Galley et al, 2007). De tels gîtes métallifères se sont formés dans un environnement sous-marin, quand des fluides hydrothermaux ont précipité des sulfures zincifères et cuprifères sur le fond marin, et/ou dans les roches volcaniques sous-jacentes (Franklin et al. 2005). Par exemple, dans le camp de Noranda, la distribution spatiale des gisements est contrôlée principalement par des dômes felsiques qui se mettent en place le long de fractures syn-volcaniques; ces mêmes fractures sont réutilisées pour la remontée des fluides minéralisateurs (Gibson et al, 1999). Il est donc important de pouvoir localiser les centres effusifs pour guider l’exploration.
Le camp minier de Matagami, sujet de notre étude, est situé dans la partie nord de la Sous-province de l'Abitibi, la plus grande ceinture de roche verte archéenne connue dans le monde. Depuis son ouverture en octobre 1963, le camp de Matagami a produit 45,9 Mt de minerai à des teneurs moyennes de 8,9% Zn, 0,9% Cu, 29 g/t Ag et 0,5g/t Au (G. Roy, commun. pers., mai 2010), provenant de dix mines maintenant fermées et d’une présentement ouverte, Persévérance. Les fortes teneurs en zinc par rapport au cuivre constituent une des spécificités des SMV de Matagami. En tout, 20 gisements de SMV sont connus et se répartissent sur trois bandes contenant des roches felsiques et orientées NW-SE à WNW-ESE : le Flanc Nord, le Flanc Sud et le Camp Ouest. Les deux premières bandes sont situées de part et d’autre d’une intrusion mafique, le Complexe de la Rivière Bell, et ont fourni toute la production historique du camp. Un défi important pour l’industrie consiste donc à renouveler les réserves du camp.
Problématique
Volet 1 : Volcanologie et stratigraphie
À l’échelle du camp de Matagami, il existe une correspondance spatiale claire entre la présence de rhyolites sous-marines et la présence de gisements de SMV. Afin de proposer de nouveaux outils pour l’exploration, il est donc nécessaire de reconstituer l’architecture volcanique à l’échelle locale (gisement) et régionale (camp minier), ainsi que de mieux cerner l’évolution temporelle du volcanisme pour aider la corrélation entre les différentes parties du camp.
Volet 2 : Géochimie des tuffites
Le sommet de la Rhyolite de Watson est marqué régionalement par un horizon marqueur important, la Tuffité Clé (Davidson, 1977; Liaghat et MacLean, 1992). Bien que la Tuffite Clé soit un des horizons exhalatifs parmi les plus continus latéralement dans les camps de SMV, les tentatives pour définir des critères de proximité de la minéralisation ont été insatisfaisantes jusqu’à maintenant. Ce problème est attribuable principalement à la nature complexe de l’unité. Des outils géochimiques sont nécessaires pour isoler la composante hydrothermale dans la Tuffite Clé et les autres niveaux similaires dans le but de développer des outils d’exploration.
Volet 3 : Géophysique appliquée
Les gisements sont très riches en sphalérite et relativement pauvres en pyrite et chalcopyrite, ce qui influence grandement, en combinaison avec la géométrie des gisements, la réponse géophysique de la minéralisation. On peut démontrer que pour les gisements de 5 Mt à plus de 250 m de profondeur, les réponses EM transitoires aéroportées, gravimétriques et magnétiques au sol sont trop faibles pour être observées. Pour repérer ces cibles il faut définir une stratégie différente, fondée sur la détection indirecte, qui consiste à déterminer à partir de la surface des zones favorables par la mise en évidence de géologie propice. Ces développements nécessitent une connaissance poussée des propriétés physiques des gisements, de leur altération et des structures associées.
Objectifs et méthodologie
L’objectif général du programme de recherche, est donc de développer des vecteurs vers la minéralisation et de nouveaux concepts d’exploration pour les SMV à Matagami. Ceci aura pour effet de favoriser la découverte de nouvelles lentilles de SMV par l’industrie, que ce soit dans les secteurs plus connus (Flanc Sud, Flanc Nord) ou les secteurs en émergence (Camp Ouest). Trois secteurs d’intérêt ont été identifiés dès le départ: (i) le gisement Persévérance, sur le Flanc Sud; (ii) les découvertes récentes de Bracemac et McLeod, aussi sur le Flanc Sud; et (iii) le gîte de Caber, dans le Camp Ouest. Le projet s’appuie fortement, en termes méthodologiques, sur l’imposante collection de forages au diamant, de données lithogéochimiques, d’analyses de métaux, et de levés géophysiques qui est mise à la disposition des chercheurs et des étudiants par les partenaires industriels.
Volet 1 : Volcanologie et stratigraphie
L’objectif principal est de reconstituer l’architecture volcanique à l’échelle locale (gisement) et régionale (camp minier) (ex. Allen et al., 1997; Mercier-Langevin et al., 2007) afin de pouvoir guider l’exploration. Cettea reconstitution repose sur l’étude des variations verticales et latérales de faciès des roches volcaniques cohérentes et fragmentaires (Ross et al., 2009; Rogers et al., 2010) liée à une approche chimico-stratigraphique (Barrett et MacLean, 1999; Ross et al., 2008) compte tenu du niveau d’altération hydrothermale dans les roches volcaniques et du manque d’affleurements dans le secteur de Matagami. La géochronologie U-Pb sur zircons dans les rhyolites est aussi un outil important pour corréler les secteurs du camp et contraindre l’évolution temporelle du volcanisme, ainsi que de la phase majeure de l’activité hydrothermale connue pour le camp.
Volet 2 : Géochimie des tuffites
L’objectif est de développer des outils géochimiques qui traduisent efficacement la signature hydrothermale des tuffites et qui permettront de guider l’exploration pour les SMV. Il s’agit d’abord de séparer les trois composantes pour isoler la composante hydrothermale, afin de dégager un meilleur signal. Les méthodes utilisées incluent les analyses de terres rares sur roche totale, les isotopes de l’oxygène, et la chimie de minéraux clés, tels que les pyrites et les chlorites. Ces outils seront couplés avec les données existantes pour tenter de définir des critères lithogéochimiques utilisables pour l’exploration.
Volet 3 : Géophysique appliquée
Les objectifs sont d’établir une base de données des propriétés physiques des principales unités fraiches et altérées ainsi que des minéralisations observées dans le camp minier et d’évaluer le potentiel des méthodes gravimétriques et magnétiques en forage à détecter les gisements de SMV. La géophysique contribuera également à contraindre la géométrie du camp de Matagami. la méthodologie inclut l’acquisition et le traitement statistique de propriétés physiques des roches, le développement d’outils d’inversion géophysique, et l’interprétation des données géophysiques en terme de géométrie des unités et de la minéralisation.
Résultats préléminaires
Volet 1 : Volcanologie et stratigraphie
En 2009-2010, 150 échantillons provenant essentiellement de forages ont été analysés pour les éléments majeurs (ICP-AES) et les éléments traces (ICP-MS) dans les laboratoires de l’INRS. En combinaison avec les analyses géochimiques de l’année précédente, ceci a permis notamment de mieux caractériser et différentier les unités volcaniques mafiques à intermédiaires (basaltes et andésites) dans le secteur de Bracemac-McLeod. Spécifiquement, trois groupes de roches volcaniques mafiques à intermédiaires ont pu être distingués sur la base des diagrammes multi-éléments. Ces groupes forment des unités volcaniques de plusieurs dizaines de mètres d’épaisseur qui peuvent être corrélées d’un forage à l’autre, au moins dans le secteur de Bracemac-McLeod, permettant ainsi d’établir un début de schéma chimico-stratigraphique basé sur les éléments traces.
Diagrammes multi-éléments normalisés au manteau primitif pour les roches mafiques à intermédiaires dans le secteur de Bracemac-McLeod. Les éléments choisis sont considérés comme les plus immobiles dans les camps de SMV, et de façon générale, les roches mafiques sont moins altérées que les roches felsiques à Matagami. Les valeurs de normalisation sont tirées de Sun et McDonough (1989).
Six datations U-Pb sur zircons ont été effectuées. Quatre échantillons ont été pris sur le Flanc Sud dans les unités volcaniques suivante : (1) la Rhyolite de Watson à McLeod; (2) la Rhyolite de Bracemac à McLeod; (3) la Rhyolite de Dumagami à Persévérance; (4) la Rhyolite de Dumagami à Orchan Ouest. Les deux autres échantillons représentent des rhyolites du Camp Ouest ayant une chimie identique à celle de la Rhyolite de Watson sur le Flanc Sud. Leur datation peut permettre de vérifier la corrélation stratigraphique entre les deux secteurs. Un des faits saillants est que la rhyolite de type Watson échantillonnée sous le gisement Caber dans le Camp Ouest a exactement le même âge que la Rhyolite de Watson sur le Flanc Sud, ce qui offre un autre critère pour les corréler avec plus de confiance. Ceci implique aussi que la tuffite présente au sommet stratigraphique de la rhyolite de type Watson à Caber serait l’équivalent de la Tuffite Clé, un niveau où se situent la plupart des gisements du Flanc Sud.
Schéma stratigraphique simplifié du Flanc Sud et du Camp Ouest, illustrant la position des six échantillons de rhyolite datés par V. McNicoll par la méthode U-Pb (étoiles) dans le cadre de cette étude, et leur âge approximatif. La méthodologie analytique, les diagrammes concordia et l’interprétation géologique détaillée sont présentés par Ross et al. (soumis).
Volet 2 : Géochimie des tuffites
Les analyses lithogéochimiques réalisées sur Bracemac et McLeod en 2008 sont particulièrement intéressantes pour les éléments des terres rares. Les anomalies négatives en Eu normalisé dans la Tuffite Clé disparaissent lorsque les échantillons sont à moins de 200 m du gisement Bracemac (Fig. 5, BRC-08-73). Très près du gisement, cette anomalie devient positive. Il s’agit ici de l’un des premiers signes d’un changement géochimique dans la tuffite.
Sélection de quatre forages et résultats analytiques illustrant le comportement de l’Eu en fonction de la proximité du gisement Bracemac le long de la Tuffite Clé en rouge. En bleu, il s’agit d’analyses sur le même forage mais de tuffites supérieures ou de la Tuffite de Bracemac.
Un total de 355 points d’analyse dans les chlorites sur 24 lames minces a été réalisé à la microsonde de l’Université Laval. L’augmentation du ratio Fe/(Fe+Mg) des chlorites est considérée comme un vecteur vers la minéralisation. Les résultats, portés en section longitudinale, indiquent que pour le cœur du secteur minéralisé de McLeod, les valeurs sont maximales (ratio de 0,71), alors que les valeurs décroissent en s’éloignant pour atteindre une valeur minimale (0,52).
Valeur des rapports Fe/(Fe+Mg) de la composition des chlorites. Les couleurs des valeurs indiquent leur position quant aux différentes tuffites (noir : Tuffite Clé; rouge : Tuffite de Bracemac; bleu : tuffites supérieures). Pour McLeod, les valeurs maximales sont centrées sur le gisement.
Volet 3 : Géophysique appliquée
La gravimétrie et la magnétométrie aéroportée sont des outils essentiels dans le camp de Matagami pour cartographier les unités géologiques et la structure, et contraindre leur géométrie en profondeur. Afin d’améliorer l’interprétation des données gravimétriques et magnétiques incluant toutes les informations disponibles (mesures en forage, propriétés physiques connues, pendages et contacts), nous avons développé des codes d’inversion stochastique 3D (Shamsipour et al., 2010). Le code d’inversion gravimétrique par cokrigeage et cosimulation a permis d’obtenir une image 3D des densités du camp sur une profondeur de 5 km. Le modèle pourra être raffiné au fur et à mesure de la disponibilité de nouvelles connaissances (propriétés physiques, forages, etc.). Une généralisation de ce code peut permettre maintenant inclure les mesures gravimétriques en forage. Un code de modélisation et d’inversion magnétique stochastique 3D a été développé sur le modèle du code d’inversion gravimétrique. Ce dernier peut aussi inclure dans les données à interpréter les mesures aéroportées, de surface et en forage. Ces codes d’inversion vont maintenant être appliquésà diverses zones du camp de Matagami afin résoudre la géométrie en profondeur de certaines unités.
(a) Modèle hypothétique de gisement générant les anomalies mesurées à la surface (b) et en forage (f). Les figures (c), (d) et (e) montrent respectivement les modèles interprétés en utilisant uniquement les données de surface, les données d’un forage et l’ensemble des deux. On voit que le modèle obtenu en (e) reproduit le plus fidèlement le modèle original, aussi bien en position et volume qu’en grandeur des propriétés physiques.
Références
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