Outils de discrimination des carbonates volcanogènes et orogéniques

Outils de discrimination des carbonates volcanogènes et orogéniques Benoit Lafrance, Isabelle Lapointe et Hassan Nabil Utilisation des outils et méthodes du Consorem Québec Exploration 2010

Problématique 2 Ankérite ou sidérite? Proximal ou distal aux minéralisations? Système à SMV ou aurifère? Complexe Volcanique de Normétal

Objectifs 1. Discriminer les différentes espèces de carbonates à partir des analyses lithogéochimiques afin de définir les vecteurs proximaux / distaux associés aux minéralisations de SMV et aurifères. (projets 2005-04 et 2006-04) 2. Développer une méthode de discrimination de la signature de la carbonatation volcanogène vs orogénique pour évaluer le potentiel d un secteur dont le contexte n est pas connu. (projet 2008-08) 3

Plan 1. Principe de la carbonatation 2. Zonation des carbonates volcanogènes et orogéniques 3. Indices de saturation (ISCB) et de discrimination (IDCB) 4. Le diagramme de carbonatation 5. Discrimination volcanogène vs orogénique 6. Diagrammes discriminants volcanogène vs orogénique 7. Exemple d application 8. Conclusion 4

1. Principe de la carbonatation roche Fluide riche en Si Na K Ti Al CO 2 CO 2 Orogénique Fluide riche en CO 2 Si Na K Ti Al Ca Mg Fe CaCO 3 = calcite CaFe(CO 3 ) 2 = ankérite CaMg(CO 3 ) 2 = dolomite ((FeCO 3 = sidérite)) Volcanogène Fluide riche en CO 2 Fe Mg Mn Ca Si Na K Ti Al Ca Mg Fe CaCO 3 = calcite CaFe(CO 3 ) 2 = ankérite CaMg(CO 3 ) 2 = dolomite FeCO 3 = sidérite MgCO 3 = magnésite 5

6 2. Zonation des carbonates volcanogènes et orogéniques

2. Zonation volcanogène et orogénique Chimie des carbonates en environnement volcanogène Complexe volcanique de Normétal, Abitibi Lafrance, 2003 7

2. Zonation volcanogène et orogénique Chimie des carbonates associés aux veines aurifères orogéniques Altération distale : Calcite Altération proximale: Ankérite/dolomite 8 Pasi Eilu 2001

Méthodes utilisées pour la discrimination des carbonates Colorimétrie Difficile à discriminer les phases carbonatées et à déterminer leurs proportions dans les roches à granulométrie fine. Nombre d échantillons très élevé dans une campagne d exploration Diffraction X Coûts: 200$ par échantillon Nombre d échantillons très élevé dans une campagne d exploration Microsonde Très coûteux Lithogéochimie 2. Zonation volcanogène et orogénique Nombre d échantillons très élevé dans une campagne d exploration Lithogéochimie effectuée de façon routinière dans une campagne d exploration Disponibilité des banques de données lithogéochimiques 9

10 3. Indices de saturation (ISCB) et de discrimination (IDCB)

3. Indices de saturation et de discrimination À partir des résultats d analyses lithogéochimiques on peut utiliser 2 indices de carbonatation Saturation (ISCB) : CO2/(CaO+FeO+MgO+MnO) molaire (modifié de Kishida et Kerrich, 1987) Appréciation de l intensité (saturation) de la carbonatation Relativement indépendant des lithologies (sauf cas spécifiques) Discrimination (IDCB) : CO2/CaO molaire (Whitehead et Davies, 1988) Indication des types de carbonates présents Indication de carbonatation volcanogène (sidérite) 11

3. Indices de saturation et de discrimination Principe de base Indice de saturation CO 2 mol / (CaO + FeO + MgO + MnO) mol = 0 roche non saturée augmentation de la carbonatation (transferts des cations dans les phases carbonatées) CO 2 mol / (CaO + FeO + MgO + MnO) mol = 1 roche saturée 12

CO2/CaO+FeO+MgO molaire Indice de saturation 3. Indices de saturation et de discrimination Une roche contenant beaucoup de CO 2 (%) est-elle automatiquement saturée en carbonate? 1 0,9 0,8 R B Basalte Andésite Dacite 0,7 Rhyolite 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 5 10 15 -L indice de saturation est indépendant de la lithologie - Quantifie mieux l intensité de carbonatation que la donnée brute de CO 2 (%) analysé CO 2 (%) Banque de donnée de Bouchard-Hébert 13

3. Indices de saturation et de discrimination Principe de base Indice de discrimination Calcite = CaCO 3 (1 mole CaO + 1 mole CO CO 2 2) CaO molaire = 1 Ankérite = CaFe (CO 3 ) 2 (1 mole CaO + 1 mole FeO + 2 moles CO 2 ) Dolomite = CaMg (CO 3 ) 2 CO 2 CaO molaire = 2 (1 mole CaO + 1 mole MgO + 2 moles CO 2 ) Sidérite = FeCO 3 (1 mole FeO + 1 mole CO CO 2 2) CaO = 0 molaire = > 2 14

Variable x 3. Indices de saturation et de discrimination calcite ankérite/dolomite Indice de discrimination Modifié de Davies et al., 1982 20 15 ca-silicates + calcite calcite + ankérite/ dolomite ankérite/ dolomite 10 5 sidérite 0 0 1 2 3 4 CO 2 /CaO molaire 15 IDCB >2 : ankérite dolomie IDCB >2,5 : carbonatation volcanogène (2005-04 & 2006-04) Plus le chiffre est élevé, plus il y aurait présence de sidérite.

3. Indices de saturation et de discrimination Indice de discrimination Tests de validation de l indice de discrimination Des échantillons de Casa Berardi (contexte orogénique) et de 4 contextes volcanogènes ont été analysés par diffraction des rayons-x dans le but d identifier les phases carbonatées Les résultats de diffraction des rayons-x ont été comparés à l indice de discrimination (CO 2 /CaO molaire) 16

% sidérite diffraction-x Sidérite D.X % calcite diffraction-x Calcite D.X % ankérite diffraction-x Ankérite D.X 40 Calcite 1er test Contexte Orogénique Casa Berardi 40 Ankérite/dolomite 30 CO 2 /CaO = 1 30 CO 2 /CaO = 2 20 20 10 10 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 CO 2 /CaO molaire 15 Sidérite 0 1 2 3 4 5 6 7 8 CO 2 /CaO molaire 10 CO 2 /CaO > 2 5 17 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 CO 2 /CaO molaire

% sidérite DFX/total carbonates Sidérite (%) DFX/total des carbonates Cal+Ank/Dol % calcite DFX/total carbonates Calcite (%) DFX/total des carbonates % ankérite DFX/total carbonates Ankérite (%) DFX/total des carbonates 2e test contextes volcanogènes 1 0,8 Abondance calcite Cal+Ank/Dol Ank/Dol Bouchard Hébert New Senator Gémini Delbridge 1 0,8 Abondance ankérite/dolomite Sil + Cal Cal+Ank/Dol Ank/Dol Bouchard Hébert New Senator Gémini Delbridge 0,6 V1 et V3 0,6 V1 et V3 0,4 0,4 0,2 0,2 0 Sil + Cal 0 1 2 3 4 CO2/CaO 2 /CaO molaire 1 0,8 0,6 Abondance sidérite Sil + Cal Ank/Dol 0 0 1 2 3 4 CO2/CaO 2 molaire Bouchard Hébert New Senator Gémini Delbridge V1 et V3 0,4 Sidérite 0,2 18 0 0,1 1 10 100 CO 2 /CaO molaire CO2/CaO molaire

3. Indices de saturation et de discrimination Application à l échelle locale : Mine Delbridge I3B I3A Carte géologique de Delbridge 120 m N I3O V1B porphyrique V1B V1D V1B bréchifié Sulfures massifs Sulfures massifs 19 Boldy, 1968

3. Indices de saturation et de discrimination ISCB = 0 CO 2 /CaO = 0.1 Calcite: 0.3% Ankérite: 0.3% Dolomite: 0.3% ISCB = 0.8 CO 2 /CaO = 2.2 ISCB = 0.7 Calcite: 1.5% CO 2 /CaO = 1.5 Dolomite: 5% Ankérite: 2% N ISCB = 0.5 Calcite: 20% CO 2 /CaO = 1 Ankérite: 1% Dolomite: 2% Calcite: 0.6% Ankérite: 12 % Dolomite: 2% 20 ISCB = 0.8 CO 2 /CaO = 1.6 Calcite: 0.7% Dolomite: 12% Ankérite: 2% Sidérite: 0.2% ISCB = 0.6 Calcite: 0.7% CO 2 /CaO = 2 Ankérite: 28% Dolomite: 2%

21 4. Le diagramme de carbonatation

CO2/CaO+FeO+MgO+MnO molaire calcite Ankérite/dolomite 4. Diagramme de carbonatation Indice de saturation vs. indice de discrimination ISCB (CO2/CaO+FeO+MgO+MnO molaire) 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Sil+Cal Cal-Ank/dol Ank/dol Sidérite 0 1 2 3 4 5 IDCB (CO2/CaO molaire) CO 2 /CaO molaire 22

CO 2 /CaO+FeO+MgO+MnO 4. Diagramme de carbonatation CO 2 /CaO+FeO+MgO+MnO Exemples pour contextes Or orogénique CO 2 /CaO molaire CO 2 /CaO molaire Limite SMV / Orogénique proposée Co 2 /CaO mol = 2,5 23

CO 2 /CaO+FeO+MgO+MnO 4. Diagramme de carbonatation CO 2 /CaO+FeO+MgO+MnO Exemples pour contextes volcanogènes CO 2 /CaO molaire CO 2 /CaO molaire Limite SMV / Orogénique proposée Co 2 /CaO mol = 2,5 24

4. Diagramme de carbonatation Exemples pour contextes volcanogènes Mine Bouchard-Hébert 0 2,5 5 kilometres 25

4. Diagramme de carbonatation Exemples pour contextes volcanogènes Mine Bouchard-Hébert halo d altération 0 2,5 5 kilometres 26

4. Diagramme de carbonatation Exemples pour contextes volcanogènes Mine Bouchard-Hébert Altération proximale 0 2,5 5 kilometres 27

Volcanogène + orogénique Diagramme de carbonatation 4. Diagramme de carbonatation ISCB (CO2/CaO+FeO+MgO+MnO molaire) 1 0,9 proximal 0,8 0,7 0,6 0,5 Volcanogène 0,4 0,3 distal 0,2 0,1 0 0 2,5 5 7,5 10 IDCB (CO2/CaO molaire) Zones proximales SMV proposées : IDCB >2,5 et ISCB > 0,7 28

29 5. Discrimination volcanogène vs orogénique

5. Discrimination SMV / orogénique Carbonatation associée aux SMV et aux failles (or-orogénique) 30 Si on ne connait pas le contexte? Potentiel SMV ou or-orogénique?

5. Discrimination SMV / orogénique Il y a une forte superposition des tendances orogéniques et volcanogènes (IDCB < 2,5) sur le diagramme de carbonatation... 1 ISCB (CO2/CaO+FeO+MgO+MnO molaire) 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Un certain nombre d échantillons de carbonatation en environnement SMV se placent dans cette zone... mais une minorité. 0 2,5 5 7,5 10 IDCB (CO2/CaO molaire) 31 Il serait souhaitable de développer un outil qui permet une meilleure discrimination entre carbonatation volcanogène et orogénique

5. Discrimination SMV / orogénique Sites étudiés Gisements/segments de failles où il n y a pas de superposition reconnue/suspectée des systèmes volcanogène et orogénique. Volcanogènes (6) Bouchard-Hébert Louvicourt Joutel Gemini-Turgeon Normétal Lyndhurst Orogéniques (5) Faille Cadillac Segment Malartic - Val d Or: VMS absents/non reconnus. Faille Larder Lake & Kirkland Lake Lithologies postérieures au volcanisme principal de l Abitibi : Fm Timiskaming & suite alcaline tardive. Gisement Douay Intrusion syénitique tardive Faille Lamark Secteur Lac Shortt Faille Destor-Porcupine Segment Holt-McDermott Beattie: VMS absents/non reconnus. 32

5. Discrimination SMV / orogénique Localisation des sites étudiés Gemini- Turgeon 33

5. Discrimination SMV / orogénique Sélection des échantillons Trier les banques de données pour ne pas tenir compte des échantillons suivants : Roches ultramafiques Roches avec sulfures Roches graphiteuses Formations de fer Argilites Échantillons non carbonatés (ISCB = 0) 34

ISCB/IDCB ISCB/IDCB 5. Discrimination SMV / orogénique Ratio ISCB/IDCB Boîte à moustaches de ISCB_IDCB Boîte à moustaches de ISCB_IDCB 1,0 0,8 0,6 1,0 0,8 0,4 0,6 0,2 0,4 0,0 Bouchard-Hébert Cadillac Destor Porcupine GEMINI-TURGEON Joutel Kirkland Lake Lamark-Guercheville COULOIR Larder-Lake Louvicourt Lyndhurst Normétal 0,2 0,0 Or Type VMS ISCB/IDCB < 0,25 : discrimination des signatures SMV/orogénique 35

ISCB 5. Discrimination SMV / orogénique Exemple pour contexte or orogénique (Faille Larder Lake) 1,0 0,8 0,6 0,4 m = 0,25 Faille Larder-Lake Schiste à SR (33.4% SiO2, 20.8% MgO, 6.5% Al2O3, 2440 ppm Cr, 1170 ppm Ni) UM? Roche sédimentaire CB+ V3B altérés Ty pes de roche Gabbro Granodiorite Lamprophy re PORPHYRE Roche alcaline Roche CB+ SC HIST Tuff V1/V2 V3 0,2 Minorité d échantillons sous la droite m = 0,25 0,0 0 2 4 6 IDCB 8 10 12 36

ISCB 5. Discrimination SMV / orogénique Exemple pour contexte volcanogène 1,0 0,8 Secteur Mine Bouchard-Hébert m = 0,25 LITHO_ID V1 V1[TU] V2 V3 0,6 0,4 0,2 Signature SMV pour Bouchard-Hébert 12% IDCB > 2,5 41% ISCB/IDCB < 0,25 0,0 0 2 4 IDCB 6 8 10 37

5. Discrimination SMV / orogénique Résultats ISCB/IDCB < 0,25 (indication SMV) Site Champ SMV Nombre d échantillons Louvicourt 68% 10 739 Joutel 58% 1 559 Gemini 65% 2 470 Bouchard-Hébert 41% 5 206 Douay 10% 2 056 Kirkland Lake 7% 323 Faille Larder Lake 12% 214 (roches alcalines) Faille Lamark 11% 287 Faille Harricana N 18% 788 Faille Destor-Porcupine 23% 289 Faille Cadillac 34% 56 38

5. Discrimination SMV / orogénique Développement d un diagramme ternaire Certains carbonates volcanogènes Discrimination (CO 2 /CaO) Certains échantillons de carbonates en env. SMV zones de décharge, lessivage.. Tendance principale Carbonates orogéniques + volcanogènes Carbonates orogéniques? Carbonates Volcanogènes? 39 Saturation (CO 2 /CaO+FeO+MgO+MnO) Indice Volcanogène (établi en ACP)

Analyse en composantes principales Analyse avec : Indices de carbonatation (4) Saturation (ISCB), Discrimination (IDCB), Ratio ISCB/IDCB IPAF de Normat Autres indices d altération (10) IFRAIS, IAB & IOR de Normat 5. Discrimination SMV / orogénique Objectif : Ajouter un troisième pôle au diagramme de carbonatation afin de mieux discriminer la signature de la carbonatation SMV vs orogénique diagramme ternaire Ishikawa, CCPI, Alkali, Spitz-Darling, Chlorite, Séricite Indice d altération générale (GAI) de Bierlien et al. 2000 : (K2O+CO2) / (K2O+CO2+Na2O+Al2O3) 40

5. Discrimination SMV / orogénique Approche de l analyse en composantes principales Comparer les indices avec le ratio ISCB/IDCB qui représente le mieux la carbonatation orogénique afin de voir quel indice montre une corrélation : - positive avec ISCB/IDCB sera utile comme pôle orogénique sur le diagramme ternaire - négative avec ISCB/IDCB sera utile comme pôle SMV sur le diagramme ternaire 41

PC2 (24% de la variance) 5. Discrimination SMV / orogénique Exemple de l analyse en composantes principales Contributions des indices d'altération: Larder-Lake - Kirkland Lake 0,4 0,3 0 CHLORITE_I 0,2 CCPI ISHIKAWA 0,1 0,0-0,1 ALKALI IAB SPITZ IOR SERICITE_I -0,2 IFRAIS IDCB «pôle orogénique» -0,3 GAI -0,4-0,5 ISCB_IDCB IPAF ISCB «pôle SMV» -0,4-0,3-0,2-0,1 0,0 0,1 0,2 PC1 (30% de la variance) 0,3 0,4 0,5 Exemples de combinaisons d indices pour les diagrammes ternaires 42 ISCB IDCB IFRAIS IFRAIS ISCB CHLORITE IFRAIS ISCB/IDCB - CHLORITE

43 6. Diagrammes discriminants Volcanogène vs orogénique

ISCB 6. Diagrammes discriminants Développement des diagrammes ternaires Secteur Mine Bouchard-Hébert 1,0 0,8 0,6 m = 0,25 LITHO_ID V1 V1[TU] V2 V3 20*IDCB Bouchard-Hébert 0,4 0,2 0,0 0 2 4 IDCB 6 8 10 ISCB/IDCB<0,25 41% des éch. B-H r = 0,25 100*ISCB 44

Développement des diagrammes ternaires IDCB ISCB - IFRAIS 6. Diagrammes discriminants 20*IDCB Bouchard-Hébert (SMV) Larder Lake (orogénique) r = 0.25 + 3% des éch. SMV à ankéritedolomite-sidérite 41% des éch. B-H 100*ISCB SMV à calcite-dolomite Orogénique + SMV 45

Diagramme ternaire discriminant 1 IDCB ISCB - IFRAIS 6. Diagrammes discriminants 20*IDCB Louvicourt (SMV) 77% des éch. de Louvicourt discriminés Larder Lake (orogénique) r = 0.25 9% des éch. de Louviourt SMV à ankéritedolomite-sidérite 68% des éch. de Louvicourt 100*ISCB SMV à calcite-dolomite Orogénique + SMV IFRAIS 46

Diagramme ternaire discriminant 2 Indice Chlorite - ISCB/IDCB - IFRAIS 6. Diagrammes discriminants 81% des éch. de Louvicourt discriminés + 13% des éch. de Louviourt SMV à ankéritedolomite -sidérite Louvicourt (SMV) Larder Lake (orogénique) 68% des éch. de Louvicourt SMV à calcite-dolomite Orogénique + SMV 47

48 7. Exemple d application

7. Exemple d application Exemple de la propriété nimportou Acquisition d une nouvelle propriété avec 1119 échantillons lithogéochimiques le long d un cisaillement avec carbonatation potentiel SMV et/ou or-orogénique? 49

7. Exemple d application Exemple de la propriété nimportou Utilisation des diagrammes de discrimination volcanogène vs orogénique Plusieurs des échantillons (67%) dans les champs SMV Bon potentiel SMV 50

7. Exemple d application Exemple de la propriété nimportou Le potentiel pour les minéralisations de type SMV semble être concentré dans certains secteurs de la marge nord du cisaillement Où sont les zones proximales aux minéralisations? 51

7. Exemple d application Exemple de la propriété nimportou Altération proximale SMV Identification des zones proximales avec le diagramme de carbonatation : IDCB > 2,5 et ISCB > 0,7 52 84 échantillons identifiés

7. Exemple d application Exemple de la propriété nimportou Identification des zones proximales avec le diagramme de carbonatation : IDCB > 2,5 et ISCB > 0,7 84 échantillons identifiés 53

7. Exemple d application Exemple de la propriété nimportou Indice Cu Indice Au Indice Ag Bonne corrélation entre les échantillons proximaux et les indices de Cu connus du secteur 54

Conclusion Discrimination possible entre la carbonatation volcanogène et orogénique avec : ratio ISCB / IDCB < 0,25 = SMV diagrammes ternaires utilisant les indices de carbonatation et des indices d altération (IFRAIS Normat et Indice Chlorite) Possible de distinguer la signature volcanogène dans un contexte de minéralisations aurifères, mais plus difficilement l inverse : les échantillons orogéniques demeurent superposés à un groupe d échantillons SMV IDCB ISCB - IFRAIS 20*IDCB Indice Chlorite - ISCB/IDCB - IFRAIS Indice Chlorite r : ratio ISCB/IDCB SMV à ankéritedolomitesidérite SMV à ankéritedolomite-sidérite SMV à calcite-dolomite Orogénique + SMV SMV à calcite-dolomite Orogénique + SMV 55 100*ISCB IFRAIS ISCB/IDCB IFRAIS/100

CO2/CaO+FeO+MgO+MnO molaire Volcanogène + orogénique Conclusion L indice de discrimination (IDCB) permet de déterminer les espèces de carbonates : à partir d une analyse lithogéochimique. Le diagramme de carbonatation est utile pour le ciblage dans les environnements volcanogènes et or-orogéniques : zonation proximale/distale des différentes espèces de carbonates ISCB (CO2/CaO+FeO+MgO+MnO molaire) 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Volcanogène distal 0 1 2 3 4 5 IDCB CO(CO2/CaO 2 molaire) proximal 56