Circulation de fluides aux abords de failles d’échelle crustale : contraintes structurales, microtectoniques, inclusions fluides et géochimiques sur les processus de formation du gisement de Bou Azzer (Ni-Co), Anti-Atlas, Maroc

Fluid circulation around crustal faults : structural, microtectonics, fluid inclusions and geochemical constraints on the process of formation of the Bou Azzer (Ni-Co) ore deposit, Anti-Atlas, Morocco

• Auteur / Autrice : Enora Tourneur
• Direction : Alain Chauvet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 28/11/2019
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Delphine Bosch
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Chauvet, Delphine Bosch, Yannick Branquet, Alexandre Tarantola, Michel de Saint-Blanquat, Kalin Kouzmanov
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yannick Branquet, Alexandre Tarantola

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bou Azer (Maroc)

Failles (géologie)

Paléogéophysique

Sources thermales

Mots clés libres

Hydrothermalisme

Paléofluides

District de Bou Azzer

Cobalt

Serpentinite

Exhumation

Hydrothermalism

Paleofluids

Bou Azzer district

Cobalt

Serpentinite

Exhumation

Résumé

Le district de cobalt-nickel de Bou Azzer est un gisement unique au monde mis en place dans un environnement de serpentinite carbonatée. Deux types de minéralisations sont exploités : des minéralisations massives et un système de veines. Les minéralisations massives sont des corps métalliques, sous forme de lentilles, orientées N120°E et essentiellement enrichies en arséniures de nickel et de cobalt. Elles sont localisées au contact entre une serpentinite, une diorite quartzique ou des roches volcaniques précambriennes. Leur mise en place se fait dans des conditions de moyennes températures (à 220°C en moyenne), de fortes salinités à 38%pds eq. NaCl et de pressions variables entre 67-2883 bars.Les systèmes de veines sont des failles systématiquement minéralisées en arséniures de cobalt et de fer lorsqu’elles recoupent les minéralisations massives. Ces failles recoupent toutes les unités lithologiques de la boutonnière de Bou Azzer, sauf la formation sédimentaire cambrienne. Elles ont des orientations oscillantes entre N/S à N 070°E et sont systématiquement associées à un mouvement normal observé dans le plan vertical. Dans le plan horizontal, les failles minéralisées présentent des jeux sénestres ou dextres cohérents avec un contrôle transtensif selon une direction de raccourcissement orientée N030°E. Le fluide des structures extensives décrit des températures à 170°C en moyenne des salinités entre 32 et 41 %pds eq. NaCl et des pressions variant de 24 et 1800 bars. Les trois types de structures décrivent la même paragenèse minérale, les mêmes textures et les mêmes types de gangues encaissant les minéralisations (quartz et carbonates). Le système évolue de fluides riches en Ni-(Co-Fe) à des fluides riches en Co-(Ni-Fe) depuis les minéralisations massives jusqu’aux systèmes des veines induisant un continuum dans la formation de ces deux types de minéralisations. Deux types de textures sont également observés au sein des minéralisations massives : i) une texture Bréchifiée des Minéralisations Massives (BMM) et une texture Laminée des Minéralisations Massives (LMM). La BMM est illustrée par des arséniures de nickel et de cobalt fracturés par de la serpentine ; par des fragments résiduels de serpentinite, des reliques de spinelles et des fragments d’arséniures de nickel isolés au sein de la gangue carbonatée. La texture de la gangue traduit le fait que ces lentilles minéralisées sont certainement d'anciens corps bréchifiés d’une gangue précoce de serpentinite et des reliques de spinelles. La LMM est décrite par des niveaux alternant entre des arséniures de nickel et de la gangue carbonatée. Cette texture traduit l’architecture précoce du contact faillé sous forme d’anciens lits de spinelles remobilisés par le fluide minéralisateur. Les analyses géochimiques menées sur les arséniures, les gangues carbonatées, les spinelles et le fluide montrent un enrichissement commun en Co, Ni, As, Zn, Bi, Cu, Ag et Au et la même signature en Na/K, Li/B, V/Cr, As/V, Zn/V, Co/Cr. La relation étroite entre ces minéralisations et leurs encaissants indique que le lessivage des structures pré-existantes (spinelles et arséniures de nickel) par un fluide minéralisateur et la précipitation in-situ des métaux sont les processus à l’origine des gisements de cobalt-nickel de Bou Azzer. La formation précoce de la gangue de serpentinites résulterait d’un amincissement crustal en contexte hyper-extensif en transtension décrit il y a 540-560 Ma et accompagné d’un début d’océanisation lors de la formation du complexe supérieur. La circulation d’eau de mer dans le manteau serait l’agent principal de sa serpentinisation. L’exhumation serait le vecteur de la remontée et de la bréchification de la serpentinite mise en contact avec une diorite quartzique. Le timing de formation des minéralisations de Bou Azzer débuterait avec le processus de serpentinisation, décrit pendant les premiers stades de la formation des minéralisations.

The Co-Ni district of Bou Azzer (Anti-Atlas, Morocco) is a unique and particular type of deposit because formed in a context carbonated serpentinite. Two types of mineralisation are exploited: massive orebodies and a system of veins.The massive mineralisations are metallic bodies, in the form of lenses, oriented N120°E and essentially enriched in Ni- and Co-arsenides. They are located at the contact between serpentinite, quartz diorite and Precambrian volcanic rocks. Their formation is realised under medium temperature conditions at ca. 220°C, high salinity at 38% wt eq. NaCl fluids and pressures bracketed between 67-2883 bars.Vein systems are controlled by faults that are systematically mineralised in Co- and Fe- arsenides when they intersect the massive mineralisations. These veins intersect all the lithologic units of the Bou Azzer inlier, except for the Cambrian sedimentary formation. They are trending between NS to N070°E and are systematically associated with normal movements in vertical planes. In the horizontal plane, the mineralised faults present sinistral or dextral motions coherent with a transtensive context controlled by a N030°E shortening direction. Associated fluid yields minimum temperatures of emplacement at 170°C in average, salinity between 32 and 41% wt eq. NaCl and pressures ranging from 24 to 1800 bars.All structures describe a same mineral paragenesis, a same textures and a same type of hosted gangues (quartz and carbonates). Fluids evolve since Ni-(Co-Fe) rich end-members to Co-(Ni-Fe) rich one since massive mineralisations to vein systems inducing a continuum in the formation of both types of mineralisation.Two types of textures are observed in massive mineralisation: a Brecciated Massive Mineralisation (BMM) texture and a Laminated Massive Mineralisation (LMM) one. BMM is characterised by i) Ni-/Co-arsenides fractured by serpentine; ii) residual fragments of serpentinite, iii) spinel relics and iv) fragments of Ni-arsenides isolated within the carbonated gangue. The texture of the gangue reflects the fact that these mineralised lenses are certainly previously formed brecciated bodies of an early gangue of serpentinite and spinel relics. The LMM is described as alternating Ni- arsenides and carbonated gangue layers. The combination of these two textures reflects the early architecture of the faulted contact, i.e. the BMM are ancient brecciated bodies whereas the LMM are witness of ancient mylonitic levels.Geochemical analyses carried out on arsenides, carbonate gangues, spinels and the liquid part of fluid inclusions show a common enrichment in Co, Ni, As, Zn, Bi, Cu, Ag and Au and the same for Na/K, Li/B, V/Cr, As/V, Zn/V, Co/Cr. The close relationship between these mineralisations and their host-rocks indicates that the leaching of pre-existing ultramafic fragments (spinels and Ni-arsenides) by a mineralising fluid and the in-situ metal precipitation are the processes at the origin of the cobalt- Bou Azzer nickel.The early formation of the serpentinite brecciated gangue is interpreted as a result of crustal thinning in a hyper-extensional context that occurred around 540-560 Ma and accompanied by an initiation of oceanic crust formation. The circulation of seawater in the mantle would be the main agent of its serpentinisation. The exhumation would be the vector of the rise and the brecciation of the serpentinite put in contact with a quartz diorite. Consequently, the formation of the Bou Azzer mineralisation would begin with the serpentinisation process, described during the early stages of the mineralisation process and ended by tectonically controlled vein formation.