Géochimie de l explorationl M. EL GADARRI ONHYM

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1 Géochimie de l explorationl minière

2 Définitions Géochimie : Science -> étude de l abondance, la distribution et la redistribution des éléments chimiques dans : la lithosphère (croûte et manteau terrestres) l atmosphère (gaz) l hydrosphère (mers, océans, lacs, nappes phréatiques ) la biosphère (matière organique)

3 Définitions Exploration géochimique -> recherche de zones anomaliques qui constituent des cibles pour la recherche de gisements miniers exploitables Clarke d un élément : sa teneur moyenne dans la lithosphère solide Fond géochimique : concentration naturelle d un élément majeure ou trace dans un matériau géologique, résultant uniquement de son histoire géologique : sédimentation diagenèse, pétrogenèse et minéralisations... On parle de fonds géochimiques : local régional d une formation d une province d un pays

4 Définitions Anomalie géochimique : toute teneur plus élevée (anomalie positive) ou plus basse (anomalie négative) que le fond géochimique régional Deux types d anomalies géochimiques : Anomalies formationnelles : liées à la concentration des éléments chimiques dans une formation géologique sans aucun lien avec un stock métal Anomalies provoquées : liées à la dispersion des éléments chimiques à partir d un stock métal.

5 Environnements géochimiques -Environnement endogène (en profondeur) : caractérisé par les processus magmatiques, métamorphiques et hydrothermals (granites, micaschistes, filons de quartz, de barytine...) -Environnement supergène (en surface) : caractérisé par les processus d altération physiques et chimiques (transformations de roches mères en produits d altération (alluvions, colluvions, dépôts silteux, sols, morraines, argiles, sables, latérites )

6 Eléments chimiques 1. Eléments lithophyles qui se combinent avec l oxygène (Li, Na, K, Ca, Mg, Si, Al, Ba, Ti, Nb, Ta, Fe, Mn ) 2. Eléments calcophyles qui ont des affinités avec le soufre (Pb, Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, As, Sb, Mo, Fe, Mo ) 3. Eléments sidérophyles qui s associent avec le fer pour donner des alliages (Fe, Co, Ni, Pt, Pd, Os, Ir, Sn, W ) 4. Eléments atmophiles qui sont des éléments de nature gazeuse (H, N, O, He )

7 Dispersions chimiques Classification génétique g : Dispersion primaire (milieu endogène) ne) : engendrée e par les phénom nomènes nes endogènes nes (magmatisme, métamorphisme, m hydrothermalisme ) Dispersion secondaire (milieu supergène ne) ) : altération, transport, sédimentation, s vaporisation

8 Dispersions chimiques Classification selon le mode : Dispersion mécaniquem -> > déplacement d d und élément chimique sans changement d éd état chimique Dispersion chimique -> > déplacement d d und élément chimique avec changement de l él état chimique (transport sous forme d ions, d de complexes, de suspensions colloïdales dales ) Dispersion gazeuse -> > surtout utilisée e dans la recherche des hydrocarbures. Dans la recherche minière, on utilise la dispersion du mercure pour la recherche de minéralisations polymétalliques

9 Altération Altération -> > modification chimique et physique des roches Deux modes d altd altération : Altération physique ou mécaniquem : pas de changement de composition chimique Altération chimique : avec modification de la composition chimique

10 Altération physique - Engendrée e par la fragmentation des roches. - Modification des rapports surface/volume

11 Facteurs de l altl altération physique 1 : Les alternances de gel-dégel gel,, en climat suffisamment humide, fragmentent les roches (cryoclastie). L'eau en gelant augmente son volume de 9-10% 9 et élargit progressivement les fractures.

12 Facteurs de l altl altération physique 2. Végétaux : éclatement de la roche par les racines.

13 Facteurs de l altl altération physique 3. Tectonique -> > fractures L altération dans ce cas progresse le long de plans de fracture (diaclases) d origined tectonique. Cela donne un débit d en boules avec une disposition plus "géom ométrique"

14 Facteurs de l altl altération physique 4. Dilatation thermique dans les régions r désertiquesd

15 Facteurs de l altl altération physique 5. Abrasion (vent, sable, rivière re turbulente )

16 Agents de l altl altération chimique L eau : agent majeur de l altl altération 1- Attraction des ions L eau est une molécule singulière La liaison O-H est polarisée La molécule d eau se comporte comme un dipôle dont la force d attraction vis-à-vis d un ion détermine sa solubilité. 2- Hydrolyse L eau se comporte comme un acide faible : H+ (surtout à températures élevées)

17 Agents de l altl altération chimique Oxygène (oxydation) : Gain d O ou perte d électron Gaz carbonique : renforce l activité de l eau avec formation d un acide faible Acides organiques libérés par les bactéries et les racines : agents actifs de destruction Température : vitesse d altération Conditions de drainage (eaux) : lessivage

18 Mécanismes de l altl altération chimique Hydrolyse : action de l acide l carbonique sur les minéraux riches en cations Dissolution : décomposition d d un d minéral en ses ions constitutifs (ex. dissolution des carbonates) CaCO3 + CO2 + H20 H2CO3 Ca2+ + 2HCO3-

19 Mécanismes de l altl altération chimique Oxydation : perte d éd électrons lors de la formation de nouveaux produits Fe2+ (ion ferreux) Fe3+ (ion ferrique) + e-e Les éléments les plus facilement oxydables : Fe et Mn. Hydratation/déshydratation : perte ou gain de molécules d eau d faisant partie de la structure du minéral

20 Méthodes géochimiquesg appliquées à l ONHYM 1. Alluvionnaire (géochimie des minéraux lourds) 2. Stream sediment (géochimie des sédimentss de ruisseaux) 3. Sol 4. Lithogéochimie ochimie

21 Alluvionnaire et Stream sediment Dispersion des minéraux et des éléments chimiques par altération des filons minéralis ralisés s et des roches encaissantes et leur entrainement vers le ruisseau Roches encaissantes Filons minéralisés Ruisseau

22 Alluvionnaire et stream sediment Sites d éd échantillonnage alluvionnaire et stream sediment

23 Alluvionnaire Objectifs : recherche de métaux m lourds (Au, Ag, Pt, Pd, Sn, W ) Se base sur l analyse l chimique et minéralogique des concentrés s alluvionnaires (minéraux lourds) -> > prépar parés par pannage des sédiments s de ruisseaux prélev levés s en aval des cours d eau. d Les minéraux lourds proviennent de la fragmentation physique des roches, ils sont transportés s et déposd posés s par les cours d eau d sous formes de grains mon ou polyminéral ral.. Durant le transport, ces minéraux ont des propriétés s qui leurs permettent de résister à l abrasion mécanique m et à l altération chimique.

24 lourds Or natif Platine Argent Scheelite Wolframite Sylvanite Covellite Cinabre Diamant Uraninite Alluvionnaire Densités des minéraux Calcite Anhydrite Ankérite Béryl Chrysocolle Feldspath Gypse Halite Kaolin Sylvite légers

25 Alluvionnaire Echantillonnage : cible -> > alluvions du lit vif du cours d eaud

26 Alluvionnaire Echantillonnage : matériel utilisé

27 Alluvionnaire Tamisage de l él échantillon -> collecte de la fraction < 2 mm

28 Alluvionnaire Pannage de l él échantillon -> > concentré alluvionnaire au fond de la batée

29 Alluvionnaire Pannage de l él échantillon -> > concentré alluvionnaire au fond de la batée

30 Stream sediment Objectifs : recherche de métaux m de base (Pb, Zn, Cu, Sb ) Se base sur l analyse l chimique des sédiments s fins de ruisseaux (argiles, dépôtsd silteux ) ) prélev levés s en aval des cours d eau. d Les éléments chimiques proviennent de l altération chimique des roches puis transportés s par les cours d eau. d Ces éléments sont fixés s par les argiles, les oxydes et hydroxydes de fer L échantillon prélev levé est tamisé sur place pour obtenir la fraction granulométrique inférieure à 180 m Les méthodes m alluvionnaires et stream sediment sont complémentaires mentaires

31 Alluvionnaire et stream sediment Report des sites d échantillonngaged sur une carte de prélèvement

32 Sol Objectifs : recherche de métaux m précieux et de base Pratiquée dans les zones couvertes par un sol résiduel Se base sur l analyse l chimique des matériaux de sol prélev levés s dans l horizon l B. L échantillon prélev levé est tamisé sur place pour obtenir la fraction granulométrique comprise entre 75 et 180 m

33 Sol O : horizon organique (ou humus), accumulation des débris d végétauxv A : contient un taux variable de matière organique, appauvri en argile, fer et aluminium par lessivage des eaux d'infiltration : éluviation. B : horizon d'accumulation des éléments (transformation in situ des minéraux primaires, apports en provenance du haut du profil ou bien latéraux C : horizon d'altération de la roche mère Profil Sol

34 Sol Prélèvement d und échantillon sol

35 Sol Les sites de prélèvement sont positionnés s selon une grille (exemples : mailles de 1x1 km, 250x250m)

36 Sol Mise en évidence d une anomalie en Or dans le sol résiduel Au (ppb) > Anomalie en Or 3-5 <3

37 Sol L anomalie en Or mise en évidence dans le sol résiduel est liée à un corps minéralisé caché (filon aurifère)

38 Lithogéochimie ochimie (géochimie de roche) Hypothèse : la mise en place d un d corps minéralis ralisé exerce une influence sur son encaissant sous forme d une d auréole (halos de dispersion) Elle consiste alors à faire un échantillonnage de roches selon des profils perpendiculaires aux structures géologiques g afin de mettre en évidence les faciès s porteurs de la minéralisation Elle se pratique en surface, dans les trachées, sondages et galeries -> > délimiter d les corps minéralis ralisés, s, établir la zonalité géochimique et gîtologique du site minéralis ralisé

39 Lithogéochimie ochimie Echantillonnage roche réalisr alisé en surface selon des profils perpendiculaires aux structures géologiquesg pour localiser les horizons minéralis ralisés

40 Lithogéochimie ochimie L horizon porteur de la minéralisation mis en évidence -> échantillonnage de détail d pour localiser les faciès s minéralis ralisés

41 Lithogéochimie ochimie Mise en évidence du corps minéralis ralisé et de son auréole de dispersion

42 Traitement et interprétation tation des données géochimiquesg Résultats des analyse chimiques

43 Traitement et interprétation tation des données géochimiquesg Statistiques descriptives

44 Traitement et interprétation tation des données géochimiquesg Histogramme de fréquence -> analyse qualitative de la population géochimique totale La courbe de fréquences est bimodale => la population géochimique est constituée de deux sous populations

45 Traitement et interprétation tation des données géochimiquesg Partitionnement de la population géochimique totale en sous populations par la méthode de probabilité cumulative Evaluation des seuils anomaliques des éléments -> séparation des sous populations anomalique et du fond géochimique

46 Traitement et interprétation tation des données géochimiquesg Statistiques multi-élémentaires : analyses en corrélations totales -> détermination des associations géochimiques

47 Traitement et interprétation tation des données géochimiquesg Statistiques multi-élémentaires : analyses en composante principale Détermination des associations géochimiques

48 Traitement et interprétation tation des données géochimiquesg Report sur carte de distribution des teneurs

49 Traitement et interprétation tation des données géochimiquesg Hiérarchisation des anomalies Les anomalies géochimiques sont classés selon les critères suivants : le groupement des anomalies le caractère multi-élémentaire les teneurs de chaque élément la superficie des bassins versants

50 Traitement et interprétation tation des données géochimiquesg Report sur carte des anomalies mon-élémentaires

51 Traitement et interprétation tation des données géochimiquesg Report sur carte des anomalies multi-élémentaires (carte de synthèse)