Caractérisation et distribution de l'hydrothermalisme dans la ceinture de roches vertes de Barberton (Afrique du Sud) – Approche multi-échelle, implications sur les minéralisations aurifères et sur la géodynamique archéenne.

par Laurine Travers

Projet de thèse en Géosciences

Sous la direction de Alain Chauvet et de Jérémie Lehmann.

Thèses en préparation à Montpellier en cotutelle avec l'Université de Johannesburg , dans le cadre de Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau , en partenariat avec GM - Géosciences Montpellier (laboratoire) depuis le 01-10-2020 .


  • Résumé

    La ceinture de roches vertes de Barberton se localise au Sud-Est de l'Afrique du Sud, à l'Est du craton de Kaapvaal, et contient des gisements d'or de classe mondiale telles que les mines de Fairview, New Consort et de Sheba (e.g., Anhaeusser, 1976 ; Gloyn-Jones et Kisters, 2018). Le cadre magmatique, pétrologique et géochronologique est relativement bien connu (Anhaeusser et al., 1981 ; De Ronde and De Wit, 1994 ; Moyen et al., 2006) ainsi que la succession stratigraphique des unités mafiques et volcano-sédimentaires (e.g., Lowe and Byerly, 1999 ; Heubeck et al., 2013). Trois évènements majeurs, datés à 3.4 Ga (phase D1), 3.2 Ga (phase D2) et 3.1 Ga (phase D3), ont permis la construction de la ceinture (Dziggel et Kisters, 2018). Ces évènements sont surtout caractérisés par la mise en place d'importants volumes de magmas dont certains font partie des suites archéennes de type TTG. Située au cœur de ces massifs magmatiques, la ceinture de roche verte est affectée par des déformations plicatives et de nombreux chevauchements. Comme dans tous les domaines archéens, les taux de déformation et le métamorphisme restent faibles. Malgré tout, des conditions proches du faciès amphibolite ont été reconnues dans les roches magmatiques du secteur et attribué à la possible existence de zones de subduction (Moyen et al., 2006). Cependant, cette hypothèse reste encore discutée tout comme les conditions de formation et de déformation de la ceinture archéenne de Barberton. De nombreuses manifestations hydrothermales sont représentées dans toutes les unités de la ceinture de roche verte. La majorité correspond à des indices aurifères et a été définie comme ”minéralisations de type shear zone” (Metallogenic map, Council for Geoscience, 2000). Toutefois, aucune synthèse n'existe actuellement sur le mode de formation, le contrôle structural et les relations entre ces indices et les mines de plus grande importance. Ainsi, s'il semble acquis jusqu'alors que l'évènement aurifère soit postérieur aux trois évènements tectono-métamorphiques majeurs (D1, D2 et D3 ; Gloyn-Lones et Kisters, 2018), de nombreuses questions restent d'actualité comme : - i) existe-t-il un lien entre l'évènement aurifère et l'un des évènements majeurs qui caractérisent le secteur et notamment avec un des évènements magmatiques fortement développés dans le secteur étudié ? - ii) Quelle est la nature du contexte tectonique qui accompagne ces minéralisations, à savoir extension, compression, décrochement, transpression, autres… ? et est-ce que ce contexte est spécifique aux conditions de déformation archéenne ? - iii) Quelles sont la distribution et l'ampleur de cet évènement à l'échelle de la ceinture de Barberton ? Les objectifs de ce projet doctoral sont d'apporter des éléments de réponse à ces questions fondamentales et notamment de mieux comprendre les processus d'enrichissement en métaux des ceintures de roches vertes. L'originalité de ce travail sera de proposer une approche multi-échelle des caractérisations hydrothermales depuis la télédétection, l'analyse de terrain, l'échantillon, la lame mince et jusqu'à l'analyse en microscopie électronique à balayage. Dans l'ordre chronologique, les méthodes mises en œuvre seront : - Etude de terrain combinant à la fois l'analyse structurale, microstructurale, pétrologique, et cartographique à la fois sur les objets cibles (veines de quartz), leur encaissant et les massifs granito-gneissique associés ; - Echantillonnage précis afin de réaliser une analyse pétro-structurale complémentaire et de bien définir les relations entre minéraux, structures et altération ; - En complément et à partir de l'étude des altérations (étape précédente), analyse en télédétection à partir des images ASTER afin de caractériser les auréoles d'altération. Pour cette étude, les images seront sélectionnées et traitées en fonction des réflectances nécessaires à la caractérisation des minéraux des altérations identifiés sur le terrain et en lames minces. - Complément d'analyse des systèmes minéralisés par analyse à la microsonde électronique, MEB, microthermométrie des inclusions fluides et EBSD des objets hydrothermaux. Ces analyses seront déterminantes dans la caractérisation du système hydrothermal (nature des fluides, conditions de mise en place, conditions de cristallisation, etc…) ; - Etablissement d'un modèle complet de formation du système hydrothermal de la ceinture de Barberton avec prise en compte des contraintes ”imagerie satellite”, structurales, microtectoniques, minéralogiques et fluides. Ce modèle sera confronté aux grandes idées sur les conditions de déformation et de transfert de fluide à l'Archéen. En fonction des résultats, deux axes complémentaires pourront également être abordés : - Analyse prédictive statistique en complément de l'imagerie satellitaire (coll. Univ. Orléans et BRGM) ; - Modélisation numérique du transfert de fluide dans une croûte continentale chaude (Modélisation COMSOL, coll. Diane Arcay, GM-LIA ou Yannick Branquet, ISTO). L'étude sera concentrée sur l'exemple de Barberton même si, en fonction de l'avancement du travail, des comparaisons pourront être réalisées avec l'exemple remarquable de l'Abitibi (Canada) pour lequel des contacts sont déjà établis ou bien avec des ceintures de roches vertes du Zimbabwe. Une éventuelle confrontation/comparaison avec les données des principales mines d'or de Barberton en exploitation est également envisagée dans la mesure du possible.

  • Titre traduit

    Characterization and distribution of the hydrothermal event within the Barberton Greenstone Belt (South Africa) – Multi-scale approach and implications on gold mineralization formation and Archean geodynamics.


  • Résumé

    The Barberton greenstone belt (South Africa), located East of the Kaapvaal craton, contains world-class gold deposits such as Fairview, New consort and Shaba mines (e.g., Anhaeusser, 1976 ; Gloyn-Jones et Kisters, 2018)(Figure). The magmatic and geochronological context are well-known (Anhaeusser et al., 1981 ; De Ronde and De Wit, 1994 ; Moyen et al., 2006) such as the lithological succession of volcano-sedimentary units that composes the greenstone belt (e.g., Lowe and Byerly, 1999 ; Heubeck et al., 2013). Three main events, D1, D2 and D3 are supposed to construct the study area between 3.4 and 3.1 Ga (Dziggel et Kisters, 2018). These events were mainly related to intensive magma emplacement sometimes showing a TTG signature. Located in core of the magmatic massifs, the Barberton greenstone belt is affected by low intensity thrust and fold tectonics, as frequently observed within other greenstone belts of the word. Amphibolite facies conditions have been previously described and attributed to subduction-type geodynamics (Moyen et al., 2006). However, this point is still in debate such as the conditions of deformation and formation of this type of belt. Numerous hydrothermal features are present within the volcano-sedimentary units of the Barberton Greenstone Belt. Most of them are related to gold content and defined as shear-zone related indexes (Metallogenic map, Council for Geoscience, 2000). However, a synthetic model of formation and some information on the structural context of formation don't exist today such as the nature of the relationships between these small indexes and the exploited huge mines. Although it is accepted that the mineralised event certainly post-dates the three main tectono-magmatic events (D1, D2 and D3; Gloyn-Lones et Kisters, 2018), a lot of questions subsist: - Is there a link between the mineralized event and one of the three main events that characterized the greenstone belt evolution? - What is the nature of the structural context coeval with the formation of the mineralisation (i.e., extension, compression, transtension, transpression, strike-slip tectonics, others…)? - What the distribution and the significance of this event at the scale of the Barberton Greenstone Belt? The objectives of this research project are to provide some answers to the scientific challenges regarding the systematic process of enrichment within Archean domains of the word. This work will be realised by a multi-scale procedure including remote sensing, field and structural geology, sample and thin section study. Chronologically, the following tasks will be realised: - Field works combining both structural geology, microtectonics and petrological studies developed on quartz veins and surrounding rocks; - Sampling and microscopic petro-structural analysis in order to precisely define the relationships between minerals, microstructures and alterations; - Remote sensing analysis using ASTER images in order to define the width of the alteration halo; - Fluid and geochemical constraints based of electronic microprobe, MEB and microthermometry analyses; - Presentation of a complete model of evolution of the studied area that take into account for structural, satellite imagery, mineralogical and fluid constraints. This model will be integrated within the debate regarding the conditions of deformation and fluid transfer of the Archean lithosphere. In function of the results, two additional tasks can be addressed in this project: i) mineral prospecting approaches using CBA method (Cell Based Associations) (Coll. Univ. Orléans and BRGM; ii) Numerical modelling of fluid transfer within a hot continental crust (COMSOL software, coll. D. Arcay, LIA or Y. Branquet, ISTO). The study will be concentrated on the Barberton Greenstone Belt although a comparison with other Greenstone Belt such as the Abitibi or Swaziland ones could be envisaged. Moreover, a confrontation of our results with the data provided by the three mines still active is also considered.