CO2/CaO (molaire)

CONSOREM
Consortium de recherche
en exploration minérale
www.consorem.ca
[email protected]
I
In nd di ic ce e d de e s sa at tu ur ra at ti io on n
((IISS))
• CO
2
/CaO+FeO+MgO+MnO (molaire)
• La composition des roches a peu
d’influence sur l’indice (attention
toutefois aux roches riches en Py-As).
I
In nd di ic ce e d de e d di is sc cr ri im mi in na at ti io on n
((IIDD))
• CO
2
/CaO (molaire)
• Discriminer les différentes
phases de la carbonatation.
ID = (%CO
2 / 44.01) / (%CaO / 56.08)
IS = (%CO
2 /44.01)
((%MgO/40.3)+(%CaO/56.08)+(%MnO/70.94)+(%Fe
2
O
3
*(0.8998/71.85))
L’INDICE DE CARBONATATION, UN OUTILPOUR L’EXPLORATION
Hassan Nabil & Réal Daigneault (CONSOREM / UQAC)
Introduction
La carbonatation est une altération commune aux minéralisations aurifères orogéniques
et de sulfures massifs volcanogènes (SMV) de type Mattabi. Elle se manifeste par un rem-
placement progressif des silicates par des carbonates (calcite, ankérite, dolomite, sidérite
et magnésite), causé par l'interaction entre un fluide hydrothermal riche en CO2 et une
roche encaissante.
La composition des phases carbonatées dépend de plusieurs facteurs, notamment de la
composition du fluide hydrothermal, de la nature des roches encaissantes, du ratio
fluide/roche et des conditions métamorphiques présentes. En général, il y a un consensus
sur le fait que les roches encaissantes représentent la principale source en Fe, Ca, Mg et
Mn (Fig.1) bien que certains cations peuvent être transportés avec le CO2 comme le Fe
dans les fluides hydrothermaux volcanogènes (Franklin 1996).
Diagramme de carbonatation
Un nouveau diagramme mettant en relation les indices de discrimination et de saturation
a été développé. Ce diagramme est pratique dans le traitement de banques de don-
nées provenant d’un secteur donné, en permettant d’isoler les échantillons présentant le
plus d’intérêt en fonction du contexte de minéralisation. Avec les exemples de Bouchard-
Hébert et Casa Berardi, on peut isoler le halo d’altération du gisement ainsi que les zones
de décharges hydrothermales (Fig. 8). De plus, le diagramme de carbonatation permet,
dans une certaine mesure, de faire la distinction entre les systèmes de carbonatation
d’origine volcanogène avec ceux d’origine orogénique (Fig. 9).
Références
Franklin, J.M. 1996. Gîtes de sulfures massifs à métaux communs associés à des
roches volcaniques. Dans : Eckstrand, W.D. Sinclair and Thorpe, R.I. (Éditeurs),
Géologie des types de gîtes minéraux du Canada : Association Géologique du
Canada, Geology du Canada, No. 8, 174 à 202.
Kishida, A. et Kerrich, R., 1987. Hydrothermal alteration zoning and gold concen-
tration at the Kerr-Addison Archean lode gold deposit, Kirkland Lake, Ontario. Eco-
nomic Geology, 82: 649-690.
Whitehead, R.E. et Davies, J.F., 1988. Discriminant analysis involving CO2/CaO and
arsenic in gold exploration. Journal of Geochemical Exploration, 30: 243-253.
Piché, M. et Jébrak, M. 2004. Normative minerals and alteration indices developed
for mineral exploration. Journal of Geochemical Exploration, 82: 59-77.
Méthodes de discrimination des carbonates
Les méthodes traditionnelles pour établir la carbonatation impliquent soit la détermination
par diffraction X, la colorimétrie ou la microsonde. Il s’agit donc de méthodes coûteuses
particulièrement en temps. Parallèlement, les vastes banques de données litho-
géochimiques sont peu mises à profit dans l’établissement des types de carbonates
hormis la méthode Normat bien connue en exploration.(Piché et Jébrak, 2004.)
Indices de carbonatation
L’abondance de CO2 ne peut être utilisée comme un indicateur fiable du degré de car-
bonatation, puisque la capacité d’une roche donnée à fixer le CO2 est essentiellement
reliée à sa composition. Ainsi, le niveau de saturation en CO2 d’une rhyolite sera de beau-
coup inférieur à celui d’une roche ultramafique.
L’outil développé au CONSOREM utilise comme base les données lithogéochimiques. Il
permet d’une part d’apprécier l’intensité ou la saturation de la carbonatation, une rela-
tion établie à partir de la capacité d’une roche à se combiner avec le CO2
(CO2/CaO+FeO+MgO+MnO molaire) et d’autre part, la spéciation ou la discrimination
des carbonates contrôlée par le rapport CO2/CaO molaire (fig. 2).
Indice de saturation (IS)
Un ratio légèrement semblable à l’indice de saturation était déjà utilisé par Kishida et
Kerrich (1987) pour mettre en évidence l’importance de la carbonatation dans le gise-
ment aurifère de Kerr-Addison en Ontario (CO2/Ca+Fe+Mg). Cet indice est ici modifié en
incorporant le MnO afin de tenir en compte des phases carbonatées riches en Mn (ex.
rhodochrosite = MnCO3).
Les cations bivalents Ca, Fe, Mg et Mn sont présents dans les roches volcano-
sédimentaires sous forme de silicates. Par conséquent, le ratio molaire correspondant à l’IS
y est près de 0. Au fur et à mesure que l’altération en carbonates s’accentue, ces cations
sont progressivement transférés dans les carbonates et le ratio approche la valeur de
saturation de 1. Ce degré de carbonatation est illustré dans le diagramme
CaO+FeO+MgO+MnO molaire versus le CO2 molaire (Fig. 3). Un des avantages de
l’indice est l’inhibition de l’effet de la composition des roches. Toutefois, dans le cas des
roches riches en pyrite et en arsénopyrite, il faut soustraire la quantité de fer associée aux
sulfures du fer total.
Indice de discrimination (ID)
Une méthode rapide et efficace pour discriminer les différentes phases de la
carbonatation est l’utilisation du ratio molaire CO2/CaO (Whitehead et Davies,
1988). Ce ratio correspond à 1 pour la calcite pure, alors qu’il est de 2 pour la dolo-
mite et l’ankérite. La sidérite et la magnésite quant à elles possèdent un rapport
CO2/CaO très élevé qui tend vers l’infini.
La diffraction X, avec des tests effectués sur des échantillons provenant de Casa
Berardi (Fig. 4 & 5) et de Bouchard-Hébert, confirme que le ratio molaire CO2/CaO
permet de discriminer entre la calcite et l’ankérite et/ou de dolomite dans les
roches volcaniques mafiques.
Si
K
Fe Mg
CaCO
3
= calcite
CaFe(CO
3
)
2
= ankérite
CaMg(CO
3
)
2
= dolomite
FeCO
3
= sidérite
MgCO
3
= magnésite
FeCO
3
= sidérite
MgCO
3
= magnésite
CO2
CO2
Fluide riche en
Na K Ca
Ti Al Si
Fe Mg Mn
Fig. 1 : Influence de la composition des roches encaissantes sur les phases carbonatées
produites lors du processus de carbonatation.
Fig. 2. Les deux indices de carbonatation utilisés.
51015
CO
2
(%)
xyz
Banque de donnée de Bouchard-Hébert
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
051015
CO
2
(%)
CO
2
/CaO+FeO+MgO molaire
Basalte
Andésite
Dacite
Rhyolite
xyz
Banque de donnée de Bouchard-Hébert
Fig. 4 : Diffraction X de différentes phases carbonatées vs ratios molaires CO2/CaO
sur des échantillons provenant de Casa Berardi.
Exemples d’application des indices de carbonatation
Mine Bouchard-Hébert
Fig. 6 : Application des indices de carbonatation au secteur de la mine Bouchard-Hébert :
a) indice de saturation et b) indice de discrimination.
Delbridge
Fig. 7 : Application de l’indice de discrimination sur le site de Delbridge.
Fig.5 :Diagramme CO2 (% poids) versus CO2/CaO molaire des échantillons de Casa Berardi
(n=15). On note la zonalité des phases carbonatées en fonction du ratio molaire CO2/CaO.
QUÉBEC EXPLORATION 2008
2,51,5
0.8
1
0.5
0.1
Is
Id
Fig. 9 : Diagramme de carbonatation et zones d’altération proximales.
0
10
20
30
40
012345678
CO
2
/CaO molaire
Calcite D.X
0
10
20
30
40
012345678
CO2/CaO molaire
Ankérite D.X
0
5
10
15
012345678
CO
2
/CaO molaire
Sidérite D.X
Calcite Ankérite
Sidérite
I3B
I3A
I3O
V1B porphyrique
V1B
V1D
V1B bréchifié
Sulfure massif
120 m
N
N
CO
2
/CaO = 1.5
I.S = 0.7
CO
2
/CaO = 2.2
I.S = 0.8
CO
2
/CaO = 1.6
I.S = 0.8
CO
2
/CaO = 1
I.S = 0.5
CO
2
/CaO = 2
I.S = 0.6
CO
2
/CaO = 0.1
I.S = 0
Calcite: 0.7%
Dolomite: 12%
Ankérite: 2%
Sidérite: 0.2%
Calcite: 0.6%
Ankérite: 12 %
Dolomite: 2%
Calcite: 0.3%
Ankérite: 0.3%
Dolomite: 0.3%
Calcite: 1.5%
Dolomite: 5%
Ankérite: 2%
Calcite: 20%
Ankérite: 1%
Dolomite: 2%
Calcite: 0.7%
Ankérite: 28%
Dolomite: 2%
Mine Bouchard-Hébert
Bouchard-Hébert
Mine
Bouchard-Hébert
Km
052,5
Km
052,5
210
COCO
22
/CaO molaire/CaO molaire
CO
CO
2
2
/CaO+
/CaO+FeO
FeO+
+MgO
MgO+
+MnO
MnO molaire
molaire
1
0.4
0.8
0.6
0.2
210
COCO
22
/CaO molaire/CaO molaire
CO
CO
2
2
/CaO+
/CaO+FeO
FeO+
+MgO
MgO+
+MnO
MnO molaire
molaire
a) b)
0.5
0.7
0.9
0.1
0.3
210
CO
2
/CaO molaire
0,0
1,0
CO
2
/(CaO + FeO +
MgO + MnO)
0,0
1,0
CO
2
/(CaO + FeO +
MgO + MnO)
CO
2
/CaO molaire
>10
2,5 - 10
1,0 - 2,5
0,5 - 1,0
0,0 - 0,5
16
14
12
10
8
6
4
2
0
00.5 1 1.5 2 2.5 3 7
CO2/CaO molaire
CO2( wt%)
Fig.3: La teneur en CO2 ne reflète pas l’intensité de la carbonatation, celle-ci étant
mieux représentée par la ratio molaire CO2/CaO+FeO+MgO+MnO qui est peu influ-
encé par la lithologie hôte. Échantillons provenant de la banque de données de
Bouchard-Hébert (Ressources Breakwater).
Fig.8 Distribution des échantillons dans le diagramme de carbonatation dans le cas d’un système
volcanogène (a) et d’un système orogénique aurifère (b). À Bouchard-Hébert (a), les échantillons en
rouge sont interprétés comme représentatif d’un halo d’altération associé au gisement de sulfures mas-
sifs
Bouchard-Hébert
C
Ca as sa a B Be er ra ar rd di i
Zone de décharge hydrothermale
dans le cas des VMS
Zone de lessivage des alcalis
Zone d’
altération
proximale
or orogénique
Zone
d’altération
proximale
orogénique
Bouchard-HébertBouchard-Hébert
Mine
Bouchard-Hébert