Nouveaux concepts pour l'exploration des sulfures massifs volcanogènes :
le cas de Matagami
Projet DIVEX-A SC30
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Carte géologique simplifiée de la région de Matagami (d’après Roy et al., 2006). |
Introduction
Les gisements de sulfures massifs volcanogènes (SMV) constituent une source importante de zinc, de cuivre, et de métaux précieux à l’échelle canadienne (Galley et al., 2007). L'ouverture en 2008 de la mine Persévérance a permis au camp minier de Matagami, dans le nord de la Sous-province de l'Abitibi de poursuivre sa production minière. Parallèlement, un ambitieux programme d'exploration pour les SMV se réalise actuellement en vue de tenter de renouveler les réserves (Adair et al., 2007). Les 18 gisements actuellement connus à Matagami se concentrent en deux bandes, le « Flanc Nord » et le « Flanc Sud » (ex. Piché et al., 1993), situées de part et d’autre d’une intrusion mafique, le Complexe de la Rivière Bell. L’exploration actuelle touche aussi une bande hautement prospective surnommée « Camp Ouest » ou parfois « Flanc Ouest ».
Historiquement, les lentilles de SMV ont pour la plupart été découvertes par détection géophysique directe suivie de forages au diamant. Les méthodes géophysiques actuelles permettent la détection directe de tels corps minéralisés de taille économique jusqu’à une profondeur d’environ 250 m dans des conditions idéales, et un des défis pour l’exploration consiste donc à augmenter la profondeur de détection des méthodes directes ou à développer des méthodes indirectes permettant de définir des zones favorables à la minéralisation.
Ce projet traite de six enjeux scientifiques :
- Modèles génétiques
- Spécificités de Matagami
- Localisation des gisements sur le Flanc Sud
- Exploration sur le Flanc Nord et dans le Camp Ouest
- Outils géochimiques
- Problématique géophysique
Objectifs et méthodologie
Les objectifs globaux du projet sont de :
- reconstruire l’architecture volcanique archéenne de la région de Matagami;
- développer des vecteurs vers la minéralisation et de nouveaux concepts d’exploration pour les SMV;
- favoriser la découverte de nouvelles lentilles, que ce soit dans les secteurs plus connus (Flanc Sud, Flanc Nord) ou les secteurs en émergence (Camp Ouest).
Plus spécifiquement, le projet de recherche comprend trois volets : (1) volcanologie et stratigraphie (Ross); (2) outils géochimiques (Gaboury); et (3) géophysique appliquée (Chouteau). Trois secteurs d’intérêt immédiat pour le projet ont été identifiés : (i) le gisement Persévérance, sur le Flanc Sud; (ii) les découvertes récentes de Bracemac et McLeod, aussi sur le Flanc Sud (Adair, 2009); et (iii) le gîte de Caber, dans le Camp Ouest. Les travaux sont donc concentrés d’abord sur ces trois secteurs prioritaires, pour être ensuite étendus à l’ensemble de la région. 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.
Pour le volet 1, la reconstitution de l’architecture volcanique à l’échelle locale (gisement) et régionale (camp minier) (ex. Allen et al., 1997; Mercier-Langevin et al., 2007) repose sur l’étude des variations verticales et latérales de faciès des roches volcaniques cohérentes et fragmentaires (Ross et White, 2005a, 2005b, 2006) et aussi sur une approche chimico-stratigraphique (Gifkins et al., 2005; Ross et al., 2007, 2008a, 2008b). Pour le volet 2, il s’agit de séparer les composantes volcanoclastiques, exhalatives et hydrothermales des tuffites pour isoler la composante hydrothermale, afin développer des outils géochimiques qui traduisent efficacement la signature hydrothermale des tuffites et qui permettront de guider l’exploration pour les SMV dans le camp de Matagami. Enfin, pour le volet 3, 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, de déterminer la capacité de la méthode magnétotellurique (MT) à détecter les zones favorables à la minéralisation en profondeur et d’évaluer le potentiel des méthodes gravimétriques et magnétiques en forage à détecter les gisements de SMV.
Résultats préléminaires
Volet 1
Des forages représentatifs ont été sélectionnés sur des sections-types des secteurs de Bracemac, de McLeod, de Persévérance, et du gîte Orchan Ouest. Ces sections et les carottes de six forages ont été décrites en détail, avec une attention particulière portée aux faciès volcaniques et à l’altération hydrothermale (total : >3000 m). Parmi les forages examinés, trois ont été échantillonnés à intervalles réguliers pour établir des profils chimico-stratigraphiques et réaliser des analyses pétrographiques. Jusqu'à présent, une centaine d’échantillons ont été analysés pour les éléments majeurs (ICP- AES) et traces (ICP-MS) (INRS-ETE) et les résultats sont en cours d’interprétation. La figure ci-dessous montre une approche initiale utilisant le ratio Ti/Zr pour différentier les unités volcaniques dans les secteurs de Bracemac et McLeod. Ce ratio d’éléments considérés comme immobiles pendant l’altération hydrothermale permet de distinguer les basaltes et les andésites des roches felsiques, mais les rhyolites de Bracemac et de Watson présentent la même gamme de ratios. D’autres ratios d’éléments immobiles comme Al/Ti, Nb/Zr et Th/Yb sont en cours d’investigation pour différentier les deux rhyolites du secteur.
Résumé des observations et profils géochimiques sur deux forages typiques des secteurs de Bracemac et de McLeod. L’échelle verticale montre la profondeur en mètres le long des forages. Les unités volcaniques sont représentées par les gros carrés colorés alors que les unités intrusives sont représentées par les petits carrés.
Volet 2
La Tuffite Clé et d’autres tuffites ont été échantillonnées dans 18 forages des secteurs de Bracemac (8) et McLeod (10), à des distances variées des zones minéralisées. La composante dominante parmi les trois identifiées ci-dessus varie d’un échantillon à l’autre, tel qu’illustré à la figure ci-dessous. De ces échantillons, 48 ont été sélectionnés à des fins d’analyses en éléments majeurs (ICP-AES) et traces (ICP-MS) (INRS-ETE). Des lames minces correspondantes à ces mêmes échantillons ont également été confectionnées pour des caractérisations pétrographiques, des analyses au LA-ICP-MS des pyrites et des analyses de la composition des minéraux (séricite, chlorite) au Micro-XRF (UQAC) et à la microsonde (U. Laval). Pour l’approche isotopique, cinq échantillons de tuffites représentatifs de zones d’altération en chlorite, de silicification et de chert ont été envoyés au laboratoire d’isotopes stables de l’Université Queen’s à des fins de tests préliminaires. Le test vise à valider l’approche de la chimie isotopique de l’oxygène pour calculer par modélisation l’intensité de l’altération hydrothermale. Enfin, des pyrites hydrothermales ont été analysées avec succès grâce au « Bubble Blaster » du LAMEQ. Cette technique d’analyse de la composition des inclusions fluides en fonction de leur température de décrépitation est décrite par Gaboury et al. (2008).
Photos de carottes de forages provenant des secteurs de Bracemac et McLeod, illustrant les trois composantes de la Tuffité Clé : une composante clastique, souvent représentée par des cendres volcaniques chloritisées; un précipité chimique, souvent siliceux (avec une apparence de chert); et une composante d’altération hydrothermale, représentée ici par une altération discordante en silice.
Volet 3
Des diagraphies multi-paramètres ont été réalisées par DGI Geoscience sur cinq trous de forage dans le secteur de Bracemac. Les paramètres mesurés furent les suivants : diamètre du trou, rayonnement gamma naturel, résistivité électrique, densité de la roche, polarisation spontanée, résistivité du fluide, température, conductivité électromagnétique. Plusieurs travaux ont été entrepris sur les diagraphies, notamment une validation des données en comparant les levés faits en descendant et en montant (« repeat »), et une comparaison des densités mesurées par diagraphie gamma-gamma avec les densités mesurées sur les carottes. Des études statistiques ont été réalisées pour déterminer les propriétés physiques (distribution, moyenne, dispersion) des diverses unités géologiques. Une analyse multivariable est en cours pour déterminer les facteurs importants contrôlant les propriétés physiques. Il semble déjà que ces facteurs soient la lithologie, l’altération et la fracturation. Une étude de modélisation gravimétrique a aussi été entreprise pour valider ou rejeter divers scénarios de modèles géologiques possibles expliquant la gravimétrie entre le Flanc Sud et le Camp Ouest. Le modèle le plus compatible avec les données gravimétriques, bien qu’encore imparfait, est celui de la remontée sous forme de horst à l’ouest, découpé par des failles subverticales (figure ci-dessous).
Coupe gravimétrique entre le Flanc Sud et le Camp Ouest. Figure du haut : Données gravimétriques superposées à la carte géologique en transparence, montrant la position de la section étudiée. Figure du bas : modèle de horst; l’anomalie mesurée est représente par une ligne pointillée verte et le modèle est en ligne pleine.
Références
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