Géologie de la Mine East-Sullivan, Abitibi-Est, Val-d'Or, Québec

CHAPITRE I INTRODUCTION

1.1 OBJECTIFS ET PROBLÉMATIQUE

Avec une taille de près de 16,4 millions de tonnes, la mine East-Sullivan constitue le plus gros gisement de sulfures massifs volcanogènes à avoir été exploité dans le camp minier de Val-d'Or, de la ceinture de roches vertes de l'Abitibi (figure 1.1). Le contexte géodynamique et la nature de son environnement de mise en place n'ont à peu près pas été étudiés. La seule étude portant sur ce gisement est la thèse de Ph.D. d'Assad (1958). Cet auteur relie la minéralisation au stock intrusif de East-Sullivan. Il n'y a aucune discussion sur le milieu de dépôt. Le gîte de East-Sullivan était donc considéré à cette époque comme un gisement de type remplacement, contemporain des phases plutoniques tardives de la région.

Cette étude de la mine East-Sullivan a pour but de mieux comprendre le contexte paléogéographique global, la stratigraphie, l'environnement de dépôt et le mode de mise en place de la minéralisation. Les résultats obtenus pourront ensuite être utilisés dans une étude plus large comparant la stratigraphie de la mine East-Sullivan avec celle des autres mines de la Formation de Val-d'Or.

Figure 1.1 : Géologie générale de la ceinture de roches vertes d'Abitibi incluant les zones Volcanique Nord (ZVN) et Sud (ZVS). Modifiée de Dostal et Mueller (1997).

Dans ce dessein, les objectifs spécifiques suivants devront être atteints : a) identifier et caractériser les unités lithologiques et les altérations présentes; b) établir les relations entre la minéralisation et les unités lithologiques encaissantes; c) spécifier la signature géochimique des unités lithologiques et leurs altérations; d) établir la typologie du gisement. Les objectifs de synthèse suivants doivent aussi être atteints suite à la réalisation des objectifs spécifiques : e) établir la stratigraphie de la mine; f) élaborer un modèle de mise en place du gisement; g) reconstruire l'environnement paléogéographique.

1.2 MÉTHODOLOGIE

1.2.1 Approche générale

La réalisation de ce projet a impliqué des travaux sur le terrain et en laboratoire. Les travaux sur le terrain ont été réalisés à temps partiel dans le cadre plus global du projet Val-d'Or et financés par le ministère des Ressources naturelles du Québec au cours des étés 1997 et 1999 ainsi que l'automne 1998. Les travaux de terrain consistaient en la cueillette d'échantillons et de données, incluant les observations pétrographiques, macroscopiques et l'analyse de la volcanologie physique de tous les affleurements rocheux connus autour du site de la mine (figure 1.2).

Figure 1.2 : Forages et affleurements visibles aux environs du gisement.

Une nouvelle description ainsi que l'échantillonnage de forages au diamants effectués sur les propriétés adjacentes à l'Est et au Nord de la mine a permis une meilleure compréhension de la stratigraphie des unités lithologiques encaissant le gisement (figure 1.3). Les travaux de laboratoire qui ont été faits par la suite consistaient principalement en l'analyse et le traitement des échantillons recueillis.

Figure 1.3 : Localisation des forages utilisés dans l'étude et contour des propriétés minières adjacentes à la mine East-Sullivan.

Les travaux de terrain se sont concentrés sur les roches volcaniques de l'environnement immédiat du gisement. La totalité des affleurements rocheux visibles sur les photos aériennes ou mentionnés dans les cartes de compilation géoscientifique et des travaux statutaires, et ce dans un rayon de trois kilomètres autour du chevalement de la mine, ont été visités (figure 1.4). Les sites d'affleurement ont été identifiés et catalogués dans le système de coordonnée UTM (NAD 83).

Figure 1.4 : Géologie et structures locales du gisement de East-Sullivan.

Les caractérisations géologique et géochimique de l'environnement de la mine East-Sullivan se sont donc réalisées en quatre étapes : 1) cartographie à grande et à petite échelle avec un échantillonnage des différentes unités lithologiques ; 2) une étude stratigraphique à l'aide de forages au diamant ; 3) une étude pétrographique ; et 4) une étude géochimique.

1.2.2 Travaux de terrain en affleurements

Une aire de 12 km2 centrée sur le puits de la mine East-Sullivan a été cartographiée à l'échelle de 1:5000 dans le but de vérifier la géologie locale existante (figure 1.5). Lors de cette cartographie, l'identification et la description macroscopique détaillée des unités lithologiques et des différents faciès rencontrés en affleurement ont été faites. Suite à leur identification, les unités les plus importantes pour la compréhension de l'environnement ont été échantillonnées. Il s'agit des roches volcaniques qui présentent des textures et des structures volcaniques qui découlent du mode de mise en place, par exemple des faciès bréchiques ou coussinés ou qui affichent une certaine vésicularité. Les échantillons récoltés ont servi de matériel d'étude pour les parties pétrographiques et géochimiques. La cartographie à grande échelle s'est faite par un réseau de traverses systématiques dans les boisés avoisinants et par la vérification de chacun des affleurements déjà connus dans les compilations.

La cartographie des environs de l'ancienne fosse d'exploitation de la mine a été faite avec plus de détails pour tenter de mettre en évidence les indicateurs de polarité et d'écoulement volcaniques. Lorsque la qualité des affleurements était adéquate, une cartographie au 1 :100 a été effectuée pour identifier les changements dans les textures et les faciès volcaniques. La description détaillée des textures et des structures volcaniques a été faite dans le but de déterminer l'environnement de mise en place. Dans le même esprit, les assemblages d'altération visible ont été systématiquement échantillonnés. Une grille d'échantillonnage géochimique beaucoup plus serrée a été utilisée dans les roches massives sous-jacentes à la minéralisation pour vérifier leur protolite et pour déterminer la nature et la limite des zones d'altération. De plus, la cartographie sommaire et l'échantillonnage de l'intérieur de la fosse ont été effectués à l'aide d'une embarcation. Cette partie de la cartographie a permis d'avoir une vue en trois dimensions des unités lithologiques immédiatement adjacentes au gisement de East-Sullivan.

Figure 1.5 : Géologie de la région de Val-d'Or, feuillets 32C04-200-0102 et demie Est de 32C03-200-0101. Modifiée de Pilote et al. (1997).

1.2.3 Travaux de terrain en forages

Les compagnies "Les Ressources Aur" et "Mines et Exploration Noranda" possèdent toutes deux des propriétés (figure 1.3) adjacentes à la mine East-Sullivan. Ces deux compagnies se sont impliquées dans le présent projet en rendant disponibles leurs données et leurs carottes de forages au diamant provenant de ces terrains. La description des douze forages les plus rapprochés du site de la mine a été faite en conjonction avec un échantillonnage des unités massives pour en faire l'étude géochimique et corroborer les faciès volcaniques observés en surface. Ces vérifications ont permis d'incorporer à cette étude avec un niveau de confiance satisfaisant les autres descriptions de forages provenant de ces compagnies. L'observation des unités lithologiques visibles en forages a permis d'avoir une vue d'ensemble de la mine et aussi d'établir sa stratigraphie propre.

Plusieurs rapports historiques, faisant état des campagnes de forages d'exploration et de définition ou de divers travaux d'exploration, sont déposés dans la série des travaux statutaires (série GM) du Ministère des Ressources naturelles du Québec et ont également été consultés. Les carottes de roche associées à ces forages ne sont cependant plus disponibles, la carothèque de la mine East-Sullivan ayant été détruite lors de la fermeture de la mine ou peu de temps après. L'absence d'arrimage entre ces descriptions et des échantillons-témoins entretient une certaine incertitude quant à la nature véritable des lithologies souterraines présentes dans un rayon de plus de un kilomètre autour de la mine. Sans oublier que la nomenclature géologique utilisée à l'époque pour décrire les roches souffre par un manque de détails et de rigueur. Ces carences sont le produit d'une description du gisement dans une optique d'opération minière essentiellement et illustrent les façons de faire standards de cette époque. Le rapport de Bérubé (1974) présente une équivalence entre les descriptions géologiques des années cinquante et les classifications plus récentes.

1.2.4 Étude pétrographique

L'étude pétrographique a été faite dans l'optique d'identifier les caractéristiques des roches volcaniques, telles que la quantité et la composition de phénocristaux, les textures de refroidissement ou encore la présence plus ou moins importante de matrice. Cette étude pétrographique a aussi permis de préciser les unités lithologiques en place et d'identifier les paragénèses hydrothermales et métamorphiques. Les minéraux de remplacement ont été étudiés pour mettre en évidence les niveaux d'altération rencontrés tout autour du gîte. Pour cette partie, environ cent lames minces ont été étudiées. L'étude des textures volcaniques au microscope a été associée aux observations et descriptions macroscopiques faites sur les affleurements. Une série de seize lames polies a été étudiée plus particulièrement en vue de déterminer les textures primaires et la paragénèse de la minéralisation de sulfures. Sur ce lot, six échantillons de sulfures massifs ne sont cependant pas localisés, ce sont des débris récupérés dans la halde à résidus de la mine East-Sullivan. Ce procédé d'échantillonnage peu orthodoxe est nécessaire du fait de l'inaccessibilité du gisement qui est maintenant noyé sous plusieurs dizaines de mètres d'eau.

1.2.5 Étude géochimique

L'étude géochimique a été effectuée sur l'ensemble des unités lithologiques rencontrées pour en faire la caractérisation. L'échantillonnage a été fait pour couvrir la plus grande surface possible autour de la mine. Les unités lithologiques échantillonnées sont les unités massives, car elles sont moins sensibles à l'altération et elles donnent une meilleure image de la composition originale des roches. Bien qu'elles soient identifiées comme des laves, les roches encaissant la minéralisation sont très altérées et leur composition était incertaine. Au total, 84 analyses pour les éléments majeurs et pour les éléments traces ont été faites. Une série de seize ensembles d'analyses de terres rares ont aussi été effectués au Centre de Recherche Minérale du ministère des Ressources naturelles du Québec et ce pour mieux caractériser les coulées massives qui encaissent la minéralisation. Un groupe de seize échantillons supplémentaires comprenant les éléments du groupe des terres rares a été analysé par activation neutronique dans les laboratoires de l'Université du Québec à Chicoutimi. Il s'agit de rhyolites et d'andésites massives.

L'ensemble de ces analyses avait pour objectif de préciser la stratigraphie en divisant les roches massives en unités lithologiques distinctes et si possible de subdiviser l'édifice volcanique en plusieurs centres effusifs ou séries d'épanchements.

1.2.6 Microsonde électronique

Des analyses à la microsonde électronique ont aussi été faites sur les minéraux d'altération et sur la minéralisation de sulfures. Ces analyses permettent d'identifier précisément leur composition et leur genèse en spécifiant par exemple le contenu en fer des chlorites et des sulfures. La nature des minéraux d'altération, comme les carbonates, est souvent difficile à déterminer lors de l'étape pétrographique. D'autres, comme les chlorites, sont même totalement impossibles à classer (Hey 1954). Les analyses à la microsonde électronique effectuées dans les laboratoires de l'université McGill à Montréal ont donc servies de complément à l'étude pétrographique.

La détermination exacte des minéraux d'altération permet de préciser la composition et la température des fluides minéralisateurs. Le type d'altération est aussi relié à un environnement et des processus spécifiques.

1.3 GÉOLOGIE

1.3.1 Introduction

La mine East-Sullivan est située dans un des plus prolifiques camps miniers du Québec, tant par la quantité et la qualité de sa minéralisation en métaux précieux et usuels ainsi qu'en minéraux industriels. Cependant, avant la mise en branle des nouveaux travaux du Ministère des Ressources naturelles du Québec au milieu de années 90, la compréhension de sa géologie était encore fragmentaire.

1.3.2 Géologie régionale

Le secteur à l'étude est situé dans la plus large ceinture de roches vertes au monde, la ceinture de l'Abitibi, qui fait elle-même partie de la Province archéenne du Supérieure (Goodwin et Riddler 1970; Card et Ciesielski 1986).

La Sous-province de l'Abitibi est subdivisée en deux grands terrains géologiques (figure 1.1) limités par une faille régionale majeure orientée vers l'est, soit les Zones Volcaniques Nord et Sud (Chown et al. 1992). Ces zones sont définies par leur disparité volcano-sédimentaire, la dominance de plutons, de complexes lités, de filons-couches mafiques à ultramafiques (Dimroth et al. 1982) et d'unités sédimentaires au nord (Mueller et Donaldson 1992), le tout étant appuyé par de nombreuses données géochronologiques (Chown et al. 1992; Mortensen 1993).

La région de Val-d'Or est dominée par un assemblage de roches supracrustales volcano-sédimentaires d'âge archéen composé d'unités de roches volcaniques et volcanoclastiques ultramafiques, mafiques et felsiques (2714 ± 2 Ma à 2704 ± 2 Ma); Wong et al. (1991); Pilote et al. (1997a; 1998a; 1999a); Scott et al. (1999) séparées par d'étroites bandes de roches sédimentaires épiclastiques (plus jeunes que 2687 Ma; (Mortensen 1993)).

Ces unités lithologiques, majoritairement métamorphisées au faciès des schistes verts, avec quelques zones au faciès des amphibolites, s'orientent est-ouest avec un fort pendage nord. De nombreux plutons et dykes d'âge archéen et de composition dioritique-tonalitique à monzonitique recoupent la séquence volcanique.

La description simplifiée de la géologie de la région de Val-d'Or est basée sur les travaux de Sharpe (1968), d'Imreh (1984), de Desrochers et al. (1993; 1996), de Desrochers et Hubert (1996), de Pilote et al. (1997a; 1998a; 1999a), et de Scott et al. (en préparation). La nomenclature stratigraphique utilisée pour la géologie de la région, est celle développée par Latulippe (1966), Dimroth et al. (1983), Imreh (1984), Pilote et al. (1998b; 1999a) et modifiée par (Scott et al. 2002).

Le segment est de la zone volcanique sud, qui englobe la région de Val-d'Or, est subdivisé en deux groupes (tableau 1.1) ; le Groupe de Malartic, qui représente un fond océanique primitif sous l'influence d'un panache mantellique et le Groupe de Louvicourt qui est l'étape plus évoluée de la construction d'un environnement d'îles en arcs. Le Groupe de Louvicourt, qui englobe le secteur à l'étude, est constitué de la Formation de Val-d'Or à sa base et de la Formation de Héva à son sommet.

Tableau 1.1 : Caractéristiques des formations géologiques constituant le bloc de Malartic. Modifié de Scott et al. (2002).

La Formation de Val-d'Or, d'une épaisseur de 3 à 5 km (figure 1.5), est caractérisée par une interdigitation complexe de lithofaciès volcano-sédimentaires intermédiaires à felsiques d'affinité transitionnelle à calco-alcaline (Desrochers et al. 1996). À l'Ouest aux abords de la ville de Val-d'Or, le volcanisme est représenté par des coulées massives à coussinées de composition intermédiaire, intercalées avec des roches volcanoclastiques, elles aussi principalement intermédiaires. Plus à l'Est, vers le village de Louvicourt, le volcanisme felsique est dominant avec des coulées massives à bréchiques ainsi que quelques coulées massives à coussinées de composition intermédiaire.

La complexité latérale et verticale apparente des unités lithologiques rend difficile l'utilisation d'horizons-repères dans la formation. Cette lacune résulte de la nature discontinue des lithofaciès cartographiables et de la mauvaise dispersion des expositions rocheuses. Néanmoins, il est possible de regrouper plusieurs lithofaciès en assemblages volcanologiques distincts qui présentent une minéralogie, une composition et des textures similaires (Scott et al. 2002). Ces assemblages volcaniques sont probablement le reflet de complexes volcaniques centraux isolés ou de cônes parasites et de leurs satellites associés. À l'intérieur de la Formation de Val-d'Or, sept de ces complexes volcaniques ont été identifiés, tous à prédominance felsique, composés de lithofaciès massifs et clastiques. Ces complexes volcaniques felsiques centraux ne sont pas très volumineux, ayant des dimensions maximales de 2,5 km à 10 km. Les roches volcaniques intermédiaires montrent une extension latérale plus considérable de sorte qu'il est plus difficile de les contraindre à une source particulière. De ces sept édifices volcaniques, trois sont associés à des dépôts de sulfures massifs volcanogènes, qui sont, d'est en ouest ; les mines Louvicourt, Manitou et East Sullivan.

Le contact entre les Formations de Val-d'Or et de Héva est concordant mais progressif sur plus d'une centaine de mètres. Sur le terrain, le contact est marqué par un changement compositionnel du volcanisme qui passe à des basaltes tholéiitiques ainsi que par l'apparition de nombreuses intrusions gabbroïques et filons-couches ou par l'apparition d'une unité de dacite sphérolitique elle aussi tholéiitique (Norman 1943; Sauvé 1995). Un changement du style de volcanisme est aussi visible. Le type de dépôt clastique qui domine dans la Formation de Val-d'Or est beaucoup plus rare dans la Formation de Héva qui reflète une dynamique nettement plus effusive.

La Formation de Héva d'une épaisseur de 2 à 3 km à l'Est s'amincit vers l'Ouest jusqu'au contact avec le Stock de East-Sullivan pour ensuite disparaître sous le recoupement de la zone de faille de Cadillac. Contrairement à la Formation de Val-d'Or, la Formation de Héva à une grande homogénéité sur toute sa longueur. Elle est composée principalement de roches volcaniques mafiques intercalées de filons-couches et de dykes gabbroïques. Des turbidites et des coulées felsiques sont aussi retrouvées localement. La base de la formation est caractérisée par des tufs bréchiques polygéniques, des coulées mafiques coussinées et par l'unité de dacite sphérolitique. Cette dernière se prolonge sur plus de 21 km présentant une épaisseur de 300 à 700 m. Cette unité est le seul horizon repère retrouvé sur toute la longueur de la formation dans la région étudiée. Les tufs bréchiques polygéniques sont constitués de fragments felsiques et mafiques. Les fragments felsiques représentent possiblement des fragments érodés originaires de la Formation de Val-d'Or sous-jacente. Grâce à la morphologie bien développée des coussins, de même qu'à la présence de turbidites felsiques, une polarité vers le Sud a été constatée dans l'ensemble de la formation.

1.3.3 Géologie locale

La séquence stratigraphique de la mine East-Sullivan semble être monoclinale avec une polarité vers le Sud (figure 1.6)(Lavoie et al. 1998; Lavoie et al. 1999a; Lavoie et al. 1999b, 2001). La base de la séquence se compose d'une suite de coulées volcanoclastiques mafiques à intermédiaires de plus d'un kilomètre d'épaisseur. Ces volcanoclastites, composées de tufs à bloc et à lapilli à phénocristaux de hornblende et de feldspath, sont caractéristiques des niveaux centraux de la Formation de Val-d'Or (Pilote et al. 1997b; Scott et al. 1999). Ces volcanoclastites sont surplombées par un ensemble de lobes et de dykes felsiques variant entre 200 et 500 mètres d'épaisseur. Le contact entre les volcanoclastites et le complexe felsique n'est pas exposé. Cependant, selon les relations géométriques entre les affleurements, la zone de transition, si elle existe, ne peut pas excéder plus d'une cinquantaine de mètres d'épaisseur. Ceci indique probablement un changement abrupt dans l'évolution du régime volcanique. De rares niveaux de matériel volcanoclastique de moins de dix mètres d'épaisseur sont interdigités entre les lobes felsiques, mais ils constituent moins de 5 % de la séquence. Le troisième ensemble lithologique de la séquence est une mince (<25 m) série de coulées coussinées à massives de composition intermédiaire. Ces coulées de laves intermédiaires semblent représenter l'unité basale du gisement de East-Sullivan. L'unité suivante constitue l'encaissant du gisement; c'est un ensemble de tufs felsiques fins à grossiers en lits métriques et associés à des lobes décimétriques bréchifiés de lave felsique. La séquence de la mine se termine par des coulées intermédiaires massives. Les premiers affleurements ensuite visibles au sud du gisement consistent en un complexe de laves et de dykes de composition mafique appartenant probablement à la Formation de Héva sus-jacente en séquence continue avec la Formation de Val-d'Or (Pilote et al. 1999a; Pilote et al. 1999b).

Figure 1.6 : Colonnes stratigraphiques simplifiées de la séquence de la mine.

Outre les roches volcaniques, quelques unités de roches intrusives sont présentes dans la région du gisement de East-Sullivan. Sous le gîte, quelques intrusions porphyriques à quartz et feldspaths ont été mises en évidence par de nombreux forages. Des indices de minéralisations aurifères sont d'ailleurs associés à ces porphyres (Simard 1991). Le gisement de East-Sullivan est lui-même recoupé par deux séries de dykes. La première, la diorite porphyrique de Bourlamaque, est un important dyke syn-volcanique dioritique à phénocristaux de feldspath vert. Ce dyke, d'une épaisseur de près de cent mètres (figure 1.4), recoupe au Sud-Est la partie supérieure du gisement pour être ensuite tronqué à son tour par les unités subséquentes. La seconde série de dykes, est illustrée par le porphyre de East-Sullivan, d'âge tardif (2684 +/-1 Ma) (Pilote et al. 1999a) et à phénocristaux de feldspath rose. Ce dyke est probablement contemporain au Stock de East-Sullivan parfois aussi nommé "Centre Post" (Bérubé 1974) ou stock de East-Sullivan. Le Stock de East-Sullivan est une intrusion multiphasée concentrique de 5 kilomètres de diamètre de composition monzonitique à trachytique (Assad 1958; Bérubé 1974; Taner 1996). Cet intrusif tardif recoupe la partie Est du gisement de East-Sullivan et fût autrefois associé, selon l'école épigénétique des années cinquante, à la genèse du gîte de sulfures massifs par Assad (1958).

1.3.4 La mine East-Sullivan

La mine East-Sullivan (planche 1.1) est située à moins de six kilomètres de la ville de Val-d'Or (SNRC 32C/04) dans la partie ouest du canton de Bourlamaque (figure 1.5).

Planche 1.1 : La mine East-Sullivan.

Le gisement fut découvert par le géologue George-Henri Dumont au milieu des années quarante. En 1944, une anomalie magnétique à été délimitée suite à un levé géophysique au magnétomètre (Innes 1949; Assad 1958). Une campagne de forages fut effectuée en 1944-1945 pour vérifier l'anomalie. Vers la fin de 1945, deux lentilles de sulfures massifs sub-affleurantes étaient connues. Un puit d'exploration fut creusé en 1946 et vers la fin de 1947, 3,5 Mt de minerai avec une teneur moyenne de 2,2 % Cu était délimitées (Assad 1958). La mine entra en production le 2 janvier 1949 avec une production journalière moyenne de 2500 tonnes par jour pour la première année (tableau 1.2). La teneur moyenne du minerai a diminué de façon constante tout au long de l'exploitation de la mine.

Tableau 1.2 : Statistiques de production de la mine East-Sullivan
Année Valeur Usinage Cu Zn Au Ag Moulin Réserves
    $   t   %   %   once/t   once/t   t/jour   t
1949 7 326 906 768 746 2,05 1,14 0,02 0,51 2 500 4 372 000
1950 13 523 035 869 587 2,16 2,09 0,03 0,78 2 383 4 918 000
1951 13 558 674 904 762 1,64 1,90 0,03 0,61 2 479 4 375 252
1952 12 091 100 898 338 1,75 1,45 0,02 0,49 2 454 3 826 577
1953 7 717 231 909 140 1,38 0,45 0,01 0,32 2 550 3 421 000
1954 5 907 191 916 119 1,13 0,10 0,01 0,20 2 550 3 402 500
1955 8 781 107 958 225 0,92 0,88 0,01 0,27 2 550 3 405 700
1956 7 966 978 895 188 1,00 0,69 0,01 0,31 2 550 3 435 500
1957 4 910 879 905 241 0,95 0,44 0,01 0,28 2 480 3 104 000
1958 3 240 146 896 375 0,75 - - 0,17 2 455 3 050 000
1959 4 742 840 957 137 0,75 0,76 - 0,17 2 620 3 004 000
1960 6 389 545 974 532 0,70 1,18 0,01 0,38 2 663 2 790 000
1961* 3 194 157 674 802 0,69 0,47 0,01 0,19 2 817 2 550 000
1962 5 572 211 997 403 0,72 0,61 0,01 0,22 2 733 2 100 000
1963 4 471 373 1 017 575 0,63 0,15 - 0,17 2 760 1 560 000
1964 4 494 528 990 669 0,53 0,32 - 0,17 2 710 1 177 000
1965 4 361 402 993 321 0,54 0,19 - 0,13 2 721 350 000
1966   5 113 174   954 536   0,61   -   -   0,13   2 700   165 000
Total:   123 362 477   16 481 696   1,03   0,70   0,01   0,30   2 595    

*Arrêt de la production 4 mois pour l'amélioration au circuit de flottation et permettre de traiter un plus grand tonnage.

Ces faibles teneurs ont obligé, au début des années soixantes, à porter l'extraction de minerai à plus de 2800 tonnes par jour. En 1956, le puits a été approfondi à 4000 pieds et durant les années subséquentes des galeries d'exploration ont été creusées mais sans permettre l'augmentation des réserves. Lors de la dernière année d'opération, la production de la mine provenait principalement de l'exploitation des piliers de surface. Les opérations de renouvellement des réserves, consistant en des forages profonds à partir des derniers niveaux de la mine et des galeries d'exploration dans le stock de East-Sullivan, se sont soldées par un échec. La mine a cessé sa production en 1966 avec seulement 165 000 tonnes de réserves connues. Au total, plus de 16 millions de tonnes de minerai avec des teneurs moyennes de 1,023 % Cu, 0,695 % Zn et 0,329 g/t Au (Pilote et al. 1997b) ont été extraites de vingt-quatre lentilles de sulfures massifs.

1.3.5 Les gisements de sulfures massifs volcanogènes de la région de Val-d'Or

La région de Val-d'Or (figure 1.1) est l'hôte de plusieurs gisements de métaux de base de type sulfures massifs volcanogènes qui totalisent plus de 45 Mt (Couture 1991). Le potentiel en métaux de base du camp de Val-d'Or est souvent considéré comme faible malgré le fait que trois gisements (figure 1.5) important ont été exploités avec profit par le passé.

Les principaux gisements (tableau 1.3) de sulfures massifs volcanogènes de la région de Val-d'Or sont ; la mine East-Sullivan (16,4 Mt), la mine Manitou-Barvue (11,2 Mt), le gîte de Dunraine (0,3 Mt), les lentilles de Louvem (1,6 Mt) et la mine Louvicourt (12,5 Mt et toujours en exploitation). Pour fin de comparaison, suivent de courtes descriptions basées sur Pilote et al. (en préparation), de deux gisements de la région de Val-d'Or, soit la mine Manitou-Barvue et la mine Louvicourt.

Tableau 1.3 : Mines de sulfures massifs volcanogènes de la Formation de Val-d'Or

La mine Manitou-Barvue est située à 10 km à l'est de la ville de Val-d'Or vers le milieu stratigraphique de la Formation de Val-d'Or soit à 1,2 km de la base sur une épaisseur de 2,5 à cet endroit. La découverte originale, un indice de chalcopyrite et de pyrite, a été réalisée par prospection en 1923. La production a débuté en août 1942 pour se terminer en 1979. Deux zones ont été exploitées. La Zone A, minée de 1942 à 1979, a produit 7,95 Mt @ 4,52% Zn, 0,45 % Pb, 3,36 on/t Ag, et 0,033 on/t Au. La Zone B, exploitée de 1955 à 1971, a produit 4,02 Mt @ 0,92 % Cu et 0,022 on/t Au. La mine se composait de deux zones : 1) une zone discordante à cuivre, et 2) une zone subconcordante à zinc et argent.

La mine Louvicourt est située à 25 km à l'est de la ville de Val-d'Or, dans la portion inférieure de la Formation de Val-d'Or . C'est un gisement polymétallique à Cu-Zn-Au-Ag de type sulfures massifs volcanogènes. En date du 1er janvier 1997, les réserves minières étaient de 12,5 millions de tonnes à une teneur de 3,6% Cu, 1,7%, Zn, 0,8 g/t Au et 28 g/t Ag (Moorhead et al. 2000). La mine a été découverte en juin 1989 grâce à un programme de forages profonds sous les lentilles de sulfures massifs exploitées au cours des années 1970 par Louvem (Whiteway 1995). Le gisement de Louvicourt se situe près du contact nord de la Formation de Val-d'Or, à la base de la séquence de volcanites felsiques. La séquence volcanique locale est renversée avec une orientation est-ouest, un pendage de 70° vers le Nord et une polarité vers le Sud (Moorhead et al. 2000).

1.4 CLASSIFICATION

1.4.1 Métallogénie et classification des sulfures massifs volcanogènes

Dans la partie québécoise de la ceinture de l'Abitibi, la majorité des gisements de Cu-Zn de type sulfures massifs volcanogènes se retrouvent dans des complexes volcaniques évolués. Le volcanisme change graduellement de suites tholéiitiques vers des suites calco-alcalines. Les séquences volcaniques évoluent aussi de mafiques à felsiques et sont associées à des intrusions comagmatiques (Franklin 1990; Chartrand 1991). Ces complexes sont édifiés sur des plaines sous-marines de grande étendue, composées de laves d'affinité tholéiitique à komatiitique et d'intrusions de composition mafique à ultramafique. Les complexes volcaniques peuvent être bimodaux (mafiques-felsiques) ou montrant une évolution compositionnelle continue (basalte-andésite-dacite-rhyolite). Les principaux constituants des séquences volcaniques sont les coulées de laves, les dômes felsiques sous-marins et les séquences volcanoclastiques qui leur sont associées.

La présence d'intrusions synvolcaniques (Galley 1995) et la topographie sous-marine (Lydon 1984b) contrôlée par des processus géomorphologiques et structuraux sont les principales contraintes qui dictent l'emplacement des dépôts de sulfures massifs volcanogènes. Les dépôts se localisent dans des dépressions situées entre les dômes rhyolitiques, au sommet, sur les flancs ou encore à l'intérieur de ces dômes. La formation d'un dépôt de sulfures massifs volcanogènes est généralement associée à une période de relative tranquillité ou passivité du volcanisme.

De façon simplifiée, un gisement de sulfures massifs volcanogènes se présente généralement sous la forme d'une épine de filonnets minéralisés discordante surmontée d'un chapeau stratiforme de sulfures massifs (figure 1.7). Ce modèle descriptif classique des gîtes de sulfures massifs volcanogènes est présenté en détail dans Lydon (1984a).

Figure 1.7 : Caractéristiques essentielles d'un dépôt idéalisé de sulfures massifs volcanogènes. Modifié de Lydon (1984).

Les dépôts de sulfures massifs volcanogènes ont déjà été classifiés sur la base de leur contenu en métaux de base (Franklin et al. 1981), ou en or (Poulsen et Hannington 1996), de leur environnement géologique et de leur roches hôtes (Barrie et Hannington 1997), par la composition de leur encaissant (Divi et al. 1979), ou bien par le type et la distribution de leurs zones d'altération (Morton et Franklin 1987). Franklin et al. (1997) soutiennent pour leur part, que l'utilisation de l'environnement géologique comme critère de classification est supérieur aux systèmes utilisant la composition du minerai. Ces derniers mettent en évidences les membres atypiques d'une classe de minéralisation, alors que la classification par l'environnement géologique facilite la compréhension générale du mode de mise en place. Une fois ces processus connus, la discrimination de critères d'exploration efficaces est chose plus facile.

Dans le cadre de cette étude, deux systèmes de classification ont été privilégiés. Le système de Morton et Franklin (1987) est basé sur la bathymétrie présumée de mise en place, sur le type d'altération et sur la distribution des zones d'altération. Puis celui plus récent de Franklin et al. (1997) qui s'appuie sur la composition de l'encaissant immédiat au gisement. Ces deux classifications sont utilisées dans un objectif de concordance et de facilité de comparaison avec la littérature existante, pour la première, et les toutes dernières études concernant les gisements de sulfures massifs volcanogènes pour la seconde. Une description résumée de chacun des systèmes de classification suit.

1.4.2 Ancienne classification des sulfures massifs volcanogènes (Morton et Franklin, 1987)

Le type Noranda discordant (tableau 1.4), nommé selon les gîtes de la région de Rouyn-Noranda (Franklin 1993), est aussi représentatif des gîtes de la région de Matagami au Québec, de même que ceux de Flin-Flon au Manitoba (Franklin 1996). Ces gisements sont réputés s'êtres formés à des profondeurs de plus de 500 mètres. Les faciès volcaniques sont généralement massifs et il n'y a pas de signe d'explosion hydrovolcanique (Morton et Franklin 1987). L'absence d'explosion sous-marine résulte probablement du confinement des laves sous la pression exercée par l'épaisse colonne d'eau (Fisher 1984). Cependant, les faciès autoclastiques et de fragmentation hydroclastique peuvent être présents car ils sont indépendants de la pression externe (Fisher et Schmincke 1984). La cheminée d'altération discordante des gisements Noranda est caractérisée par la chlorite magnésienne, le quartz, la séricite et les carbonates (Morton et Franklin 1987; Groves et Barley 1994; Franklin 1996).

Tableau 1.4 : Classification des sulfures massifs volcanogènes selon la nomenclature de Morton et Franklin (1987)

Le type Mattabi concordant (Galley 1993) a été défini selon les gîtes de la région de Sturgeon Lake, Ontario (Groves et Barley 1994). D'autres exemples sont les gisements de Hackett River, Territoires du Nord-Ouest, Kidd Creek, Ontario (Franklin 1996), la mine Mobrun, Québec (Larocque et Hodgson 1993) et Normétal, Québec (Lafrance et al. 2000). Les unités lithologiques encaissantes des gisements de type Mattabi sont dominées par les roches volcaniques fragmentaires. On retrouve des tufs, des coulées pyroclastiques et hyaloclastiques et des brèches de coulées (Morton et Franklin 1987; Groves et al. 1988; Morton et al. 1991). La minéralisation est associée aux unités de tufs fins lités d'origine pyroclastique (Morton et al. 1991). Les laves bréchiques et à coussins sont aussi présentes (Groves et al. 1988) avec un important pourcentage d'amygdules (jusqu'à 50 %) (Morton et Franklin 1987). Ces assemblages de roches hautement vésiculaires et bréchiques sont interprétés comme des gites formés par l'interaction explosive de l'eau et du magma en milieu sous-marin peu profond ou subaérien (Morton et Franklin 1987; Groves et al. 1988; Morton et al. 1991). L'absence de vésicularité dans les roches produites à grande profondeur est cependant remise en cause. La découverte de basaltes vésiculaires qui se seraient mis en place sous plus de 1800 m d'eau jette un doute sur ce critère de bathymétrie (Gill et al. 1990).

La zone d'altération sous les gisements de type Mattabi est moins bien définie, généralement plus large et la zonation des paragénèses d'altération est plus diffuse que celle présente sous le type Noranda (Franklin et al. 1975; Morton et Franklin 1987). Les minéraux d'altération y sont la chlorite ferrifère, les carbonates de fer, la séricite et le quartz (Morton et Franklin 1987; Franklin 1990). La sidérite est le carbonate d'altération dominant dans la cheminée d'altération (Franklin et al. 1975) alors que c'est l'ankérite dans la zone semi-concordante (Morton et Franklin 1987). La zonation des types de carbonates semble contrôlée par deux facteurs, (a) la composition originale de la roche hôte, et (b) la proximité des zones d'altérations discordantes riches en fer qui se retrouvent communément sous les gites de sulfures massifs volcanogènes (Galley 1993). Contrairement aux gisements de type Noranda, la zone d'altération semi-concordante et la cheminée d'altération ont une composition similaire (Morton et Franklin 1987). La distinction entre ces deux faciès doit donc être établie avec d'autres critères que la paragénèse d'altération.

1.4.3 Nouvelle classification des sulfures massifs volcanogènes (Franklin et al., 1997)

L'examen attentif de nombreux gisements de sulfures massifs volcanogènes et de leur contexte tectono-stratigraphique permet de les classer en cinq types généralisés basés sur leur association lithologique (Franklin et al. 1997). L'utilisation des associations lithologiques ou de l'environnement géologique comme critère de classification, quoique plus sujet à l'interprétation, permet une spécification qui est plus robuste quand vient le moment d'émettre des critères d'exploration efficaces. Ces descriptions permettent de regarder au-delà de l'altération proximale au gisement qui est impliquée dans la classification Mattabi-Noranda et de regarder un environnement géologique de taille kilométrique dans tout son ensemble.

Les cinq types de cette classification sont : 1) bimodal-mafique dominant, 2) bimodal-felsique dominant, 3) ophiolite, 4) mafique-sédimentaire associé et 5) bimodal-sédimentaire dominant. Leurs caractéristiques principales sont résumées au tableau 1.5.

Tableau 1.5 : Classification des sulfures massifs volcanogènes selon la nomenclature de Franklin et al. (1997)

Le type " bimodal-mafique " dominant est défini comme ayant plus de 50% de roches volcaniques mafiques et plus de 3% de roches volcaniques felsiques, le reste de la séquence stratigraphique hôte du gisement est généralement composé de roches sédimentaires associées. L'abondance des roches mafiques est au moins trois fois supérieure à celle des roches felsiques, mais ces dernières constituent généralement l'encaissant immédiat des gisements. Ce type de gisement de sulfures massifs volcanogènes est le plus commun et il présente un contenu moyen en cuivre supérieur aux autres à l'exception du type ophiolite associé. Ils sont les plus courants à l'Archéen tardif et au Protérozoïque précoce. De façon simplifiée, la composition de la roche encaissant le gisement peut être associée aux arcs volcaniques primitifs. Les volcanites mafiques sont le plus souvent des basaltes tholéiitiques; elles peuvent toutefois localement être d'affinité transitionnelle ou calco-alcaline. Les roches felsiques sont des rhyolites de série transitionnelle à calco-alcaline. Les exemples classiques pour ce type de gisement sont ceux du camp minier de Rouyn-Noranda.

Le type " bimodal-felsique " dominant est caractérisé par une abondance de plus de 50 % de roches felsiques, de moins de 15 % de roches sédimentaires alors que des roches volcaniques mafiques et des roches intrusives composent le restant des unités lithologiques de la séquence stratigraphique encaissante. Ces gisements ont une distribution temporelle comparable à ceux de type bimodal-mafique dominant, mais ils sont aussi plus abondants au Phanérozoique. Ils se retrouvent dans des environnements d'arc volcanique plus mature que les premiers. Les roches felsiques encaissantes sont principalement calco-alcalines, même si des rhyolites transitionnelles très siliceuses sont courantes. Similairement, les roches mafiques sont d'affinité transitionnelle à calco-alcaline. Les exemples classiques de ce type sont les dépôts du camp Hokuroku au Japon. Le type bimodal-felsique dominant est celui qui a en moyenne les plus hautes concentrations en zinc et argent.

Le type " ophiolite " est défini par deux critères : une séquence stratigraphique hôte dominée à plus de 75 % par des roches mafiques et la quasi absence de roches felsiques avec moins de 1 % d'occurrences. L'encaissant du gisement présente souvent des roches sédimentaires ou des roches ultramafiques ou les deux. Ce type caractérise les gisements en terrains ophiolitiques et est presque exclusivement d'époque Phanérozoïque. Comparativement aux autre dépôts, ils sont riches en cuivre et pauvres en plomb.

Le type " mafique-sédimentaire " associé se présente comme ayant des proportions à peu près égales de roches mafiques intrusives ou extrusives et de sédiments turbiditiques terrigènes. Il peut aussi y avoir une fraction mineure de carbonates dans les sédiments. Les gisements de ce type sont d'âge Protérozoïque moyen à plus jeune et sont communément très déformés. Le gisement de Besshi au Japon est un exemple sub-aérien de ce type. Les dépôts de type " mafique-sédimentaire " associé sont les moins courants des sulfures massifs volcanogènes; leur tonnage moyen est cependant second au type bimodal-sédimentaire dominant.

Le dernier type de sulfures massifs volcanogènes, le " bimodal-sédimentaire dominant ", est caractérisé par un assemblage en proportion plus ou moins égale de roches volcaniques et de roches sédimentaires. Les laves felsiques sont habituellement plus abondantes que les unités mafiques. Ce type de gisement est presque exclusivement d'âge Phanérozoïque; les gîtes de la ceinture de pyrite Ibérienne en Espagne et au Portugal ainsi que ceux du camp minier de Bathurst au Nouveau-Brunswick en sont des exemples. Les roches felsiques hôtes de ces gisements sont le plus souvent calco-alcalines alors que les roches mafiques sont plutôt tholéiitiques. Les dépôts de type " bimodal-sédimentaire dominant " sont les plus gros de tous les sulfures massifs volcanogènes; ils ont par contre les plus basses teneurs en cuivre et les plus hautes en plomb.

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