Répartition spatio-temporelle du système métallogénique de l’or panafricain au sein du bouclier arabo-nubien : étude multiscalaire le long de la suture de Keraf (Soudan)

Spatial and temporal distribution of the Pan-African gold mineral system within the Arabian-Nubian shield : multi-scale study along the Keraf suture, NE Sudan

• Auteur / Autrice : Julien Perret
• Direction : Anne-Sylvie André-Mayer, Aurélien Eglinger, Julien Feneyrol
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 18/06/2021
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GéoRessources (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Ledru
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yannick Branquet, Thomas Blenkinsop, Alain Chauvet, Blandine Gourcerol
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yannick Branquet, Thomas Blenkinsop

Mots clés

Mots clés contrôlés

Arcs insulaires

Protérozoïque

Bouclier arabo-nubien

Or -- Gisements

Métallogénie

Mots clés libres

Néoprotérozoïque

Bouclier arabo-Nubien

Système métallogénique de l'or

Contrôle structural

Arc insulaire

Neoproterozoic

Arabian-Nubian shield

Gold mineral system

Structural control

Island arc

Résumé

La compréhension des mécanismes permettant le transfert de l’or depuis les enveloppes internes de la Terre vers son écorce passe par l’étude de l’évolution géodynamique des segments de croûte dite juvénile, i.e., dérivée de matériel extrait directement du manteau. Le système métallogénique de l’or s’intéresse donc (i) à l’environnement géodynamique favorable à la fertilisation crustale en or et (ii) aux contextes tectono-métamorphiques ayant permis la remobilisation de ce réservoir et sa concentration. Cette démarche est appliquée aux sutures de Keraf et d’Atmur-Delgo au sein du bouclier arabo-nubien, le plus grand segment au monde de croûte juvénile néoprotérozoïque et l’une des principales provinces aurifères panafricaines, mis en place lors de la formation du supercontinent Gondwana. Deux pics d’activité magmatique à signatures isotopiques Hf et Nd suprachondritiques enregistrent la formation et la maturation de différents arcs insulaires entre 840-810 Ma et 760-655 Ma. La fertilisation crustale en or à l’échelle régionale résulterait de la longue durée de vie de l’arc insulaire de Keraf et de sa nature juvénile prédominante. La première phase de croissance crustale est associée à un événement aurifère mineur de nature magmato-hydrothermale au sein de l’arc de Keraf. La seconde période d’activité magmatique est enregistrée par les arcs insulaires de Keraf et d’Atmur-Delgo. Le couplage d’observations et de mesures réalisées du terrain au laboratoire illustre la continuité spatiale du contrôle structural des minéralisations postérieures. D’une part, un épisode minéralisateur a lieu vers 755-725 Ma, lors d’un continuum de déformation au faciès amphibolite inférieur attribué à l’accrétion tectonique dans le prisme sédimentaire en avant de l’arc d’Atmur-Delgo. À l’échelle microscopique, la minéralisation résulte de la remobilisation syn-métamorphique du stock d’or contenu par les sulfures préexistant. D’autre part, plusieurs gisements d’or orogénique sont exprimés sous forme de veines d’extension recoupant des corps intrusifs. Les veines minéralisées sont formées selon le mécanisme de faille-valve, en réponse à la réactivation épisodique et localisée de décrochements crustaux jusqu’à 550 Ma au sein de la suture de Keraf. Il s’agit des événements minéralisateurs exprimés par des veines aurifères les plus ancien et jeune décrits à ce jour au sein du bouclier arabo-nubien. L’application du système métallogénique permet de définir des clés d’exploration à l’échelle du district qui traduisent des processus magmatiques et contextes tectono-métamorphiques (e.g., reliques d’arc insulaire, prisme d’accrétion, décrochements tardi-orogéniques) contrôlant des minéralisations aurifères aux caractéristiques structurales, géochimiques et chronologiques distinctes dans la zone d’étude. Cette stratégie diffère singulièrement de l’approche typologique dont l’efficacité se limite à (i) un unique type de minéralisation et à (ii) la prospection à l’échelle du gisement.

The understanding of mechanisms leading to the transfer of gold transfer from the Earth’s mantle and core towards the crust requires the study of the geodynamical evolution of juvenile crust portions, i.e., crystallized from melt directly extracted from the mantle. The gold mineral system thus combines the deciphering of crustal fertilization geodynamical processes and subsequent transient tectono-metamorphic settings favorable for remobilization of this metal-enriched reservoir and formation of mineralized occurrences. This approach is applied to the Keraf and Atmur-Delgo sutures which are part of the Arabian-Nubian shield, the world-largest track of Neoproterozoic juvenile crust and one of the main Pan-African gold provinces, resulting from the assembly of Gondwana. We report the existence of two magmatic events with suprachondritic Hf and Nd signals, recording the build-up and maturation of island arcs along these suture zones between 840-810 Ma and 760-655 Ma. The ~185 Myr-long lifespan of the Keraf island arc and its predominant juvenile nature likely accounted for crustal gold fertilization at the regional scale. The earliest crustal growth stage, only recorded along the Keraf suture, is coeval to minor magmatic-hydrothermal gold event. Both the Keraf and Atmur-Delgo sutures keep record of the second island arc magmatic event. The matching between field and laboratory data exemplifies the district- to microscopic-scale spatial continuity of structural control on later gold-bearing structures. On one hand, a gold event occurred between 755-725 Ma, coeval with high-strain progressive deformation under lower amphibolite facies metamorphism related to tectonic accretion of the sedimentary wedge at the Atmur-Delgo intra-oceanic subduction site. At the microscopic scale, the ore formation involved the syn-metamorphic remobilization of the preexisting gold budget in sulfides. On another hand, several orogenic gold deposits display intrusion-hosted mineralized extension veins. The fault-valve mechanism induced the formation of mineralized veins, triggered by episodic and localized reactivation of crustal strike-slip shears within the Keraf suture zone until 550 Ma. These two gold events are the oldest and youngest vein-type gold episodes reported throughout the Arabian-Nubian shield to this day, respectively. The mineral system approach therefore enables district-scale ore targeting by translating magmatic processes and tectono-metamorphic settings into environments and geological features (e.g., relics of an island arc and/or an accretionary wedge, presence of late collisional strike-slip shears) favoring the formation of gold occurrences with very distinct structural, geochemical and timing characteristics in the western Arabian-Nubian shield. This alternative view of ore deposits contrasts sharply with the typological strategy which targets a single class of ore occurrence with an effectiveness limited to the deposit scale.