Magmatic Ore Deposits Explained

Description des Gîtes Métallifères et Introduction aux Gîtes Magmatiques

Ce document constitue une exploration exhaustive des gîtes métallifères, en se concentrant sur leur description, leur classification morphologique, leur genèse et une introduction détaillée aux gîtes magmatiques, en particulier ceux associés au chrome.

1. Introduction aux Gîtes Métallifères (Chapitre: 2cde30f6, f6a5afb8)

Les gîtes métallifères, tels qu'étudiés dans le cours SCT-4410 animé par Stéphane De Souza, sont des concentrations de minéraux d'intérêt économique. La compréhension de leur forme et de leur chronologie relative de formation est cruciale pour l'exploitation et la prospection (aspect pratique) ainsi que pour la compréhension de leur genèse (aspect théorique). Les corps minéralisés sont rarement homogènes et leurs contacts avec les roches encaissantes sont souvent diffus, ce qui rend leur étude complexe mais essentielle.

2. Morphologie Générale des Corps Minéralisés (Chapitre: 35d1374c)

Les corps minéralisés présentent une grande variété de morphologies, souvent non-homogènes. Ils peuvent être concordants (parallèles à la stratification de la roche encaissante) ou discordants (coupant la stratification). Plusieurs types peuvent coexister au sein d'un même gîte. Les principaux types reconnus sont:

• L'amas et la zone de remplacement

• Le schlieren

• Le stockwerk

• La veine ou le filon

• La brèche

• La cheminée ou la pipe

• La lentille

• La couche ou le lit/horizon

2.1 Minéralisations Disséminées, Semi-Massives et Massives (Chapitre: 856960b4)

Avant de détailler les formes, il est fondamental de comprendre le degré de concentration des minéralisations:

• Minéralisation disséminée: Cas où la minéralisation se présente sous forme d'inclusions isolées, généralement à faible teneur ( à 30%). Par exemple, l'awaruite (alliage fer-nickel) se trouve en grains isolés ( mm) dans une roche ultramafique massive.

• Minéralisation semi-massive: Concentration intermédiaire, allant de 30% à 60% de minéraux d'intérêt.

• Minéralisation massive: Concentration élevée, généralement supérieure à 60% de minéraux d'intérêt.
  Exemple: Minéralisations de magmatique.

Ces descriptions sont basées sur des travaux comme ceux de Houlé et al. (2013).

2.2 Le Schlieren (Chapitre: c7fcc946)

Le schlieren est une minéralisation en inclusions pouvant être sous forme de bandes plus ou moins lenticulaires, massives ou constituées d'une concentration de grains disséminés.

• Exemple: Schlieren de chromite massive et disséminée dans une chromitite podiforme (massif de Kukes, ophiolite Mirdita).

2.3 Le Stockwerk (Chapitre: 856960b4)

Un stockwerk est un réseau dense de veines ou veinules recoupées, formant un ensemble tridimensionnel complexe, souvent associé à des systèmes hydrothermaux.

• Exemple: Stockwerk de veinules de quartz-calcite dans une roche volcanique chloritisée (ophiolite Mirdita).

• Exemple: Stockwerk de veinules de quartz-carbonate-biotite-pyrite aurifères avec altération hydrothermale (Mine Canadian Malartic).

2.4 La Veine ou le Filon (Chapitre: 326063b8, 74a55e70, 4092bbe7, 50d122db)

Une veine ou un filon est un corps géologique minéralisé, approximativement planaire, qui présente une bordure généralement franche avec la roche encaissante. Il est constitué de minéraux cristallisés à partir d'une solution hydrothermale ou d'un magma. Par définition, les filons sont épigénétiques, c'est-à-dire qu'ils se sont formés après la roche encaissante.

2.4.1 Terminologie Associée (Chapitre: 4092bbe7)

• Éponte: La bordure de la roche encaissante au contact du filon.

  • Toit (Hanging Wall): L'éponte en surplomb.

  • Mur (Footwall): L'éponte sous le filon.

• Caisse filonienne: Le remplissage minéralisé du filon.

• Salbande (Gouge): Zone de transition, souvent riche en minéraux altérés (ex: chloriteuse ou argileuse), entre la caisse filonienne et ses épontes.

2.4.2 Caractéristiques et Exemples (Chapitre: bf79990c, 50d122db)

• Exemple de composition: Veine de quartz-wolframite dans une granodiorite; veine de quartz-tourmaline-pyrite avec bordure de remplacement métasomatique à ankérite-pyrite (Mine Siscoe, Val d'Or).

• Remplissage filonien rubané: Caractéristique d'une cristallisation successive de différentes phases minérales.
  Exemple: Gîte de dévonien de l'ex-mine Fédéral en Gaspésie.

2.4.3 Contrôles sur la Mise en Place des Filons (Chapitre: 50d122db, 04a8a405, 2e5ce716, 54017497)

La mise en place des filons peut être contrôlée par divers facteurs:

1. Contraintes tectoniques (anté- ou syn-minérales):

   • Associées à l'ellipsoïde de déformation, failles, cisaillements ou zones d'extension.

   • Peuvent former des structures laminées à massives, avec des surfaces striées ou cannelées.

   • Présence de druses/géodes.

   • Remplissages de failles avec rejet ou fractures sans rejet apparent.

   • Les propriétés des roches (cassantes/incompétentes vs. ductiles/compétentes) et le niveau structural (profondeur) influencent la géométrie des filons.

   

   Les failles peuvent être remplies de filons, montrant un rejet (déplacement des deux côtés). Elles sont reconnaissables par leurs surfaces striées. Les fractures sans rejet peuvent être lenticulaires, planaires ou sigmoïdales.

2. Stratigraphie ou une anisotropie:

   • Décollement le long d'une couche ou des charnières de plis.
     Exemple: Filons aurifères du district de Meguma (Nouvelle-Écosse) se développant dans les zones de décollement des charnières et flancs de plis.

   • Réfraction des filons suite à un changement de lithologie.

   • Fracturation préférentielle d'une couche compétente à l'intersection d'une faille ou d'une flexure.
     Exemple: Formation de veines dans un horizon de grauwacke par rapport à un mudrock adjacent.

3. Phénomène magmatique:

   • Contraction lors du refroidissement d'une roche intrusive, menant à la formation de cone sheets et de ring dykes (dykes annulaires) comme dans les carbonatites.
     Exemple: Carbonatite d'Oka au Québec.

2.4.4 Textures des Veines et Filons (Chapitre: 828faa82, 47db9664)

Les processus de cristallisation en espace ouvert, dans des cavités ou fractures, conduisent à des textures caractéristiques:

• Texture en peigne (Comb Texture): Minéraux croissant symétriquement depuis les murs vers le centre de la veine, rappelant un peigne.
  Exemple: Indice de W, Nouveau-Brunswick (2014).

• Texture crustiforme: Veine formée d'encroûtements successifs de minéraux.

  • Croissance syntaxiale: Minéraux qui croissent des épontes vers le centre.

  • Croissance antitaxiale: Minéraux qui croissent du centre vers les épontes (plus rare).

  Exemple: Veine crustiforme avec rubanement symétrique et rythmique (Craig et Vaughan, 1994).

• Druse/Géode: Cavité tapissée de minéraux cristallisés.

• Texture colloforme/botryoïdale: Minéraux en forme de bombements successifs, rappelant une grappe de raisin.

• Texture rubanée: Formée de bandes successives de composition différente, pouvant être rythmique et/ou symétrique.
  Exemple: Veine de fluorine-galène avec rubanement rythmique (Mine de fluorine El Hammam, Maroc, 2008). Le rubanement interne résulte souvent d'une ouverture répétée de la fracture.

• Zonation minérale: Changement de composition minéralogique lié aux variations des conditions physico-chimiques (température, pression, composition du fluide) pendant la précipitation.

2.5 La Brèche (Chapitre: 9c680500)

Une brèche est une roche composée d'au moins 50% d'éléments anguleux d'au moins , pris dans un ciment. Les modes de formation sont variés:

• Brèche tectonique (Cataclasite): Formée sous contrainte tectonique (ex: brèche de faille). Généralement sans minéralisation associée directe.
  Exemple: Cataclasite associée au rift du Saint-Laurent.

• Brèche hydraulique intrafilonienne: Formée par la fracturation de la roche encaissante due à la pression des fluides hydrothermaux.
  Exemple: Filon bréchique aurifère, Kirkland Lake, Ontario (Goldfarb et al., 2005).

• Brèche en cocarde: Minéraux métalliques et de gangue qui alternent et enrobent des fragments de roche.

2.6 La Cheminée ou Pipe / Colonne Minéralisée (Ore Shoot) (Chapitre: f99fb2d4, f2dc4211, ff366b9e, 1ab93d9b)

Ce sont des corps minéralisés de forme tubulaire à conique ou cylindrique, à section sub-circulaire ou ovoïde. Les colonnes minéralisées (ore shoots) désignent spécifiquement des zones à plus haute teneur et mieux développées au sein d'un gisement.

• Exemples de cheminées: Kimberlites (ex: Big Hole de Kimberley en Afrique du Sud).

• La plongée des corps minéralisés et leur orientation sont contrôlées par des éléments structuraux:

  • Dans les dilational jogs (zones d'extension le long d'une faille), aux intersections de zones de cisaillement et de veines, ou dans certaines zones de stockwerk.

  • Dans les plis (plan axial ou positions AC), ou dans les corps minéralisés plissés ou cisaillements.

  • Aux intersections avec des couches favorables (ex: BIF - Banded Iron Formations).

• Exemple: Plongée des corps minéralisés du camp minier de Doyon-Bousquet-LaRonde (Robert et Poulsen, 2001).

2.7 La Lentille (Chapitre: 6c7cbd03)

Une lentille est un amas minéralisé plus ou moins circulaire qui s'amenuise rapidement vers la périphérie.

• Exemple: Le camp minier de Noranda est constitué de plusieurs lentilles sulfurées distribuées selon des niveaux stratigraphiques spécifiques.

• Exemple: Amas sulfurés de la région de Sherbrooke.

2.8 Amas et Zone de Remplacement (Chapitre: e696b1e9, ac0297d7, 489fa645)

Ces termes impliquent une forme aux contours capricieux, difficilement réductible à un modèle géométrique simple. On parle aussi d'amas de remplacement.

• Un corps minéralisé ou une zone d'altération hydrothermale où les minéraux ont remplacé ceux de la roche protolithe (métamorphique, ignée ou sédimentaire).

• Causé par un déséquilibre physico-chimique entre un fluide hydrothermal et une roche, entraînant un métasomatisme (métamorphisme allochimique avec modification chimique).

• La pseudomorphose est un cas particulier où un minéral remplace un autre tout en en conservant la forme.
  Exemple: Pseudomorphose de la pyrite par la limonite.

• Des cavités peuvent être laissées par dissolution de minéraux (ex: phénocristaux de feldspath dans un gîte épithermal, ou pyrite).

• Exemples: Remplacement aurifère dans une roche mafique ou sédimentaire; zone de remplacement dans un skarn avec reliques de stratification.

Les gisements porphyriques peuvent être associés à des skarns lorsqu'ils sont encaissés dans des roches carbonatées, avec des mantos ( et métaux de base) représentant des équivalents distaux (Sillitoe, 1995b).

3. Échelle d'Organisation des Corps Minéralisés (Chapitre: db2e1dd6)

La description des gîtes s'organise selon des échelles de taille croissantes:

• Corps minéralisé: Zone de continuité des travaux miniers, de l'ordre du kilomètre.
  Exemple: Amas sulfurés aurifères minés entre Rouyn-Noranda et Cadillac.

• Champ ou Camp minier: Regroupe plusieurs corps minéralisés, sur 1 à .
  Exemple: Le champ d'amas sulfurés entre Rouyn-Noranda et Cadillac.

• District minier: Ensemble de plusieurs champs ou corps minéralisés, sur 10 à .
  Exemple: Le district minier de Chuquicamata au Chili, l'un des principaux districts cuprifères.

4. Paragénèse et Relations Structuro-Minéralogiques (Chapitre: f50e53e4, eb18b98e, 1bf5135c, 825f51aa)

La paragénèse décrit l'ordre de formation et la composition des assemblages de minéraux partageant une même origine, résultant de processus géologiques similaires.

Les relations de contacts entre les minéraux (ex: texture grenue de granodiorite suggérant une cristallisation contemporaine) et les processus modifiant les textures sont importants:

• Relation de recoupement: Indique la chronologie relative (ce qui coupe est plus jeune).

• Zonation cristalline: Variation de composition au sein d'un même cristal en fonction des changements de conditions.

• Principe d'inclusion: Un minéral inclus est antérieur au minéral hôte.

• Relations de remplacement: Un minéral se substitue à un autre.
  Exemple: Remplacement de la magnétite par l'hématite (Mine d'or Beattie).

• Exsolution: Séparation d'une phase minérale d'une autre initialement en solution solide, lors du refroidissement.

• Rubanement colloforme: Texture rubanée formée par précipitation successive de couches minérales (similaire à la texture botryoïdale).

Une zonation, qu'elle soit verticale ou horizontale, peut s'observer à l'échelle régionale ou du corps minéralisé, résultant de variations dans les conditions de dépôt.

Schéma de la pénétration métallifère autour d'un noyau granitique montrant une zonation minérale progressive.

Des diagrammes paragénétiques (ex: pour les gisements de Tri-State) illustrent la séquence de dépôt des différents minéraux.

5. Introduction aux Gîtes Magmatiques (Chapitre: 5e46a563)

Les gîtes magmatiques (ou orthomagmatiques) sont formés au sein de roches magmatiques ou le long de leurs contacts. Les minéraux utiles/métalliques ont directement cristallisé à partir d'un magma ou ont été transportés par un magma. Ils sont une catégorie de concentrations minérales hypogènes.

Ils sont distingués des:

• Gîtes hydrothermaux: Formés à partir de solutions aqueuses, sans lien direct avec un magma.

• Gîtes magmatiques-hydrothermaux: Gîtes hydrothermaux où les solutions sont dérivées d'un magma.

5.1 Processus de Concentration des Gîtes Magmatiques (Chapitre: b34c4a71, a2ec9958)

Les éléments majeurs et en traces sont fractionnés entre les phases durant l'évolution du magma. Plusieurs processus peuvent concentrer les métaux:

1. Fusion partielle: Un faible degré de fusion partielle peut concentrer les éléments incompatibles (ex: Terres Rares dans les carbonatites). Les éléments avec une charge et un rayon ionique similaire à ont un comportement compatible dans le manteau et les magmas mafiques, influençant leur concentration.

2. Accumulation par cristallisation fractionnée: Ségrégation gravitationnelle de minéraux lourds comme la chromite (ex: chromitite).

3. Séparation d'un liquide immiscible par saturation: Formation d'un liquide sulfuré distinct du magma silicaté, qui concentre les métaux chalcophiles (ex: sulfurés).

4. Fractionnement 'extrême': Processus avançé de cristallisation fractionnée menant à la concentration d'éléments rares (ex: pegmatites à Li, Nb, Zr, Ta, U, REE).

5. Inclusion et transport d'un minéral: Certains minéraux se forment tôt et sont transportés, comme le diamant.

6. Classification des Gîtes Minéraux Orthomagmatiques Associés aux Roches Mafiques-Ultramafiques (Chapitre: db510d15)

Ces gîtes sont divisés en plusieurs types selon la composition et le contexte de formation des roches hôtes, et sont souvent riches en .

1. Dans les ophiolites:

   • Chromitite stratiforme ().

   • Chromitite podiforme ().

2. Dans les complexes ignés lités (stratiformes):

   • Sulfures disséminés ().

   • Chromitite stratiforme ().

   • Chromitite stratiforme avec sulfures disséminés ().

3. Dans les intrusions mafiques (gabbros-troctolites):

   • Sulfures massifs à disséminés ().

   • Sulfures massifs à disséminés associés à un astroblème ().

4. Dans les komatiites:

   • Sulfures massifs à disséminés ().

7. Les Chromitites: Types et Caractéristiques (Chapitre: 0a12f42d, 3454003b, a7ec7948, c1d98330)

Les chromitites sont des gisements de chrome, dont le seul minéral économique est la chromite (), un spinelle chromifère où et peuvent se substituer au , et au . Un bon minerai de chromite a un ratio d'environ .

7.1 Types Principaux (Chapitre: 0a12f42d)

Il existe plusieurs types de gîtes de chromite:

• Chromite stratiforme: Associée aux complexes ignés lités (ex: Complexe de Bushveld, Grand Dyke, Stillwater).

• Chromitites ophiolitiques:

  • Mantellique podiforme

  • Crustale stratiforme

  • Brèches magmatiques-hydrothermales (moins fréquentes)

Ces types se distinguent par leur composition minéralogique, leur texture et leur style de minéralisation.

Quelques gisements notables: Kempirsai (Kazakhstan), Nouvelle-Calédonie, Albanie, Turquie (ophiolitiques).

7.2 Composition des Chromites selon leur Environnement (Chapitre: 3454003b)

Les chromites montrent des compositions caractéristiques:

• Chromitites ophiolitiques: Riches en chrome, pauvres en fer, ce qui en fait un bon minerai.

• Chromitites des complexes lités: Plus riches en fer.

7.3 Localisation et Historique d'Exploitation (Chapitre: a7ec7948, c1d98330)

Le chrome a une histoire d'exploitation importante, avec des pics lors des guerres mondiales. Au Québec, il a été exploité dans la ceinture ophiolitique du sud, notamment dans la région de Thetford-Mines et au mont Orford. Exemples: Schlierens de chromite de la mine Greenshield (près de Black Lake), ancienne exploitation de chromite de la mine Fletcher #4 (mont Orford).

7.4 Les Ophiolites et la Chromite (Chapitre: de146dea, 16a0694e, 59aa8bf9, b941c4e1, ea575398)

Les ophiolites sont des fragments de lithosphère océanique obductée, généralement bien préservées, montrant une section complète de la lithosphère océanique (manteau supérieur et croûte).

Dans les ophiolites, les concentrations de chromite se trouvent aussi bien dans la croûte que dans le manteau. Une section ophiolitique idéale comprend de bas en haut:

• Manteau: Composé de péridotite (harzburgite, lherzolite). Les ophiolites fertiles en chrome ont un manteau harzburgitique.

• Croûte: Composée de cumulats ultramafiques à mafiques, d'un complexe filonien et de basalte en coussin, surmonté de roches sédimentaires.

La discontinuité de Mohorovičić (Moho) est la limite sismique entre les roches mafiques et ultramafiques. Le Moho pétrologique est la limite entre les cumulats ultramafiques formés dans une chambre magmatique crustale et les roches ultramafiques plus anciennes du manteau.

7.4.1 Chromitites Podiformes (Chapitre: 8c5c11d6, 57ff27e4, 2ab826d9, b9aa02a7)

Ces chromitites, situées dans la section mantellique des ophiolites, sont les plus étudiées.

• Géométrie: Fortement influencée par la déformation post-cristallisation du manteau. Elles peuvent être faiblement/fortement transposées dans la foliation mantellique, discordantes ou concordantes.

• Forme: Corps minéralisés généralement en lentilles ou formes irrégulières, souvent isolés par une enveloppe dunitique.

• Enveloppe dunitique: Les corps de chromitite sont systématiquement enrobés d'une enveloppe de dunite (roche ultramafique claire, souvent de couleur chamois ou blanchâtre, composée principalement d'olivine), qui les isole de l'harzburgite encaissante (péridotite porphyroclastique résiduelle).

• Exemple: Gisement podiforme Bennett-Martin.

• Origine de l'enveloppe dunitique: Formée par la dissolution des orthopyroxènes (opx) de l'harzburgite encaissante lors de la migration d'un magma mafique dans le manteau. Cette dissolution enrichit le magma en silice et favorise la cristallisation de la chromite.

• Textures:

  • Peuvent présenter une texture nodulaire (nodules de chromite (noirs) dans une matrice dunitique).
    Modèle de formation des nodules: Bulles de fluide exsolvant du magma basaltique nucléent sur les grains de chromite et flottent, s'accumulant au sommet de la colonne magmatique. Ces concentrations agrègent pour former des nodules.

  • Peuvent montrer des textures de déformation ductile (plis, schlierens, étirements, réseau de chromite en filet) illustrant les contraintes subies.
    Exemple: Bandes de chromite plissées en Albanie.

• Contexte de formation: Liée à la migration du magma dans le manteau, souvent dans des conduits magmatiques au sein des péridotites mantelliques.

7.4.2 Chromitites Crustales Stratiformes (Chapitre: dfa6f38b)

Ces chromitites se trouvent dans la section crustale des ophiolites et présentent une géométrie stratiforme (couches).

• Exemple: Litage rythmique magmatique dans la dunite crustale à la Mine Reed-Bélanger, Thetford-Mines (Albanie montre également des bandes de chromite).

7.5 Roches Hôtes des Chromitites Ophiolitiques (Chapitre: f0a509dc)

Les roches hôtes sont des péridotites, au moins partiellement serpentinisées, composées de:

• Dunite: Principalement olivine.

• Harzburgite: Olivine et orthopyroxène.

• Lherzolite: Olivine, orthopyroxène et clinopyroxène.