Macro et micro caractéristiques des zones de failles, systèmes de fracture et porosité des gisements d'uranium de socle de l'Athabasca (Saskatchewan, Canada) - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Macro to micro fault zone characteristics, fracture systems and porosity of basement hosted unconformity-type uranium deposits of the Athabasca region (Saskatchewan, Canada)

Macro et micro caractéristiques des zones de failles, systèmes de fracture et porosité des gisements d'uranium de socle de l'Athabasca (Saskatchewan, Canada)

Maher Abdelrazek

Résumé

The Athabasca region in western Canada is a metallogenic province hosting numerous uranium deposits that contain among the highest grades as known. The uranium mineralization is associated with the unconformity between the Archean basement and the overlying undeformed Athabasca sandstones. Some of the known economic deposits are located within basement faults that developed along inherited ductile shear zones. Development of these brittle fault zones is usually characterized by breccia, damage zones, and frequently by a vertical offset at the unconformity. Reactivated inherited basement structures allowed the development of structural traps in which the mineralization could be precipitated. The typical known model for these basement-hosted deposits, or “Ingress deposits”, implies that basin-derived fluids enriched in uranium flowing along basement faults. Interaction between these fluids and basement rocks leads to uranium precipitation in the structures.In a mineralizing system in which structural control is prominent, deformation zones may have been acted either as fluid conduits or barrier regarding the fluid circulations. Numerous studies mention such structures and their role played in uranium mineralization process in the basement, in the Athabasca region, in the Thelon and in the McArthur basin (Australia), with however lack of knowledge about the exact mechanisms and the conditions related to the development of the fertile structures. Distinction is not made between structures that may act as a fluid conduit or as fluid screen, which strongly limits the knowledge of the role played by different episodes of deformation and alteration into the setup of a fertile porosity network.This thesis focuses on the study of basement structures, U-mineralization and their alteration halo at different scales and allows to highlight the lead role played by the preexisting ductile fabric in the development of a favorable system for uranium-bearing fluid flow. Basement shear zones testify about a long fluid history (hydrothermal alteration, silicification, dissolution), and while reactivated later under brittle conditions made favorable environment for fluid flow beneath the Athabasca basin. Reactivation in the brittle domain leads to the development of a fractured corridors that are characterized by the reworking of ductile fabric into open fractures, accompanied with development of tensile jogs, which are suitable for mineral precipitation. The mineralization was emplaced lately within such structures that form a favorable porosity network within these strongly deformed and altered intervals.The present work allowed to define a structural signature that is common for two different prospects located at two opposite sides of the Athabasca basin. This signature can be qualified as a “structural footprint” is based on the overprinting of ductile shear zones by a network micro-fracture, in strongly deformed and altered basement rocks. The results also showed the importance of the structural approach at different scales (from project-scale, to drill core sample scale, and microstructures analysis) in the understanding of which mechanisms are critical in the emplacement of a favorable porosity network related with uranium mineralization.
La région d’Athabasca au Canada concentre les gisements d’uranium de haute teneur les plus riches connus. Les minéralisations uranifères sont associées à la discordance entre le socle archéen à paléoprotérozoïque et les grès non-déformés de l’Athabasca. Une partie des gisements économiques connus sont situés au niveau de failles de socle qui se développent le long d’anciennes zones de cisaillement. Le développement de ces failles se traduit par la présence de brèches, zones de fracturation, et parfois d’un rejet vertical de la discordance. La réactivation des structures de socle héritées a permis la formation de pièges structuraux dans lesquels précipite la minéralisation. Le modèle de formation de ces gisements de socle, ou modèle « Ingress », propose la circulation de saumures de bassin chargées en uranium dissous le long des failles de socle. L’interaction entre ces fluides et les roches du socle entraine la précipitation de l’uranium dans les structures. Dans un système minéralisateur où le contrôle structural est fort, les zones de déformation peuvent agir comme chemin préférentiel ou écran vis-à-vis de la circulation fluide. De nombreux travaux décrivent ces structures et leurs rôles dans la mise en place des minéralisations d’uranium de socle dans l’Athabasca, le Thelon et le bassin de McArthur en Australie, mais les conditions et mécanismes de développement de ces structures sont peu contraints. La distinction n’est pas faite entre les différents types de structures dans la mise en place des minéralisations (drain ou piège), ce qui limite la compréhension de l’impact des différents épisodes de déformation et d’altération dans la mise en place d’un réseau de porosité fertile. Ces travaux de thèse, basés sur l’étude des structures de socle et des altérations associées à différentes échelles, ont mis en avant l’importance de l’héritage ductile dans le développement d’un système propice à la circulation de fluides et à la mise en place de minéralisations d’uranium. Les zones de cisaillement ductile témoignant d’une longue histoire fluide (altération hydrothermale, silicification, dissolution), et qui réactivées ultérieurement dans le domaine cassant sont des environnements favorables à la circulation de fluides sous le bassin. Des réactivations cassantes vont entrainer le développement d’une zone de fracturation et permettre, selon l’orientation des structures par rapport au champ de déformation, l’ouverture des plans de foliation. Le développement de ces fentes de tension ou « tensile jogs » créée l’espace adéquat à un remplissage minéral. La minéralisation se mets en place tardivement dans ces structures qui forment un réseau de porosité adéquat au sein de ces intervalles très déformés et altérés. Les travaux présentés ont permis de définir une signature structurale commune à deux gisements situés de part et d’autre du bassin d’Athabasca. Cette signature que l’on peut qualifier « d’empreinte structurale » repose sur la superposition de déformations cisaillantes ductiles et d’une zone de micro-fracturation, dans des roches de socle fortement déformé altéré. Les résultats obtenus ont aussi montré l’importance de l’approche structurale à différentes échelles (depuis l’échelle du projet, de l’observation des carottes jusqu’à celle des microstructures) dans la compréhension des mécanismes critiques pour la mise en place d’un réseau de porosité en relation avec des minéralisations d’uranium.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03774520 , version 1 (11-09-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03774520 , version 1

Citer

Maher Abdelrazek. Macro et micro caractéristiques des zones de failles, systèmes de fracture et porosité des gisements d'uranium de socle de l'Athabasca (Saskatchewan, Canada). Sciences de la Terre. Université Paris-Saclay, 2021. Français. ⟨NNT : 2021UPASJ025⟩. ⟨tel-03774520⟩
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