Applications

Problématique

Une constante de l’exploration minérale actuelle, peu importe la substance recherchée, est l’importance accordée au forage au diamant, qui représente souvent la majorité des dépenses, surtout dans les camps miniers matures. Les gisements affleurant en surface sont déjà connus et il faut forer pour en découvrir de nouveaux en profondeur. Dans le cas des campagnes d’exploration pour les métaux de base (cuivre, zinc, nickel), la minéralisation est visible à l’œil nu, sous forme de sulfures lorsque présente, de sorte qu’une partie seulement des carottes est analysée par les compagnies pour les concentrations en métaux d’intérêt économique. Le reste des carottes ne fait qu’uniquement l’objet d’une description géologique variablement détaillée, basée sur des observations visuelles, avant d’être entreposées (souvent des analyses lithogéochimiques sont aussi obtenues). Au fil des ans, des dizaines de kilomètres de carottes s’accumulent ainsi, sans que d’autres informations en soient tirées, sauf exceptions. Les carottes deviennent une source de dépenses supplémentaires (remplacement des supports, etc.) plutôt qu’une source de données à valoriser.

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Pourtant, l’acquisition de propriétés physiques, chimiques et minéralogiques sur les carottes de forage, par exemple avec le LAMROC, est souhaitable pour plusieurs applications :

  • les mesures de propriétés physiques permettent de mieux planifier et interpréter les  levés géophysiques;
  • les mesures géochimiques à haute résolution par FRX permettent de localiser des contacts géologiques cryptiques, et de quantifier l’altération hydrothermale;
  • les minéraux d’altération peuvent être reconnus grâce à la spectrométrie infrarouge et visible;
  • l’ensemble des données peut être utilisé dans le cadre d’analyses multiparamétriques.

Exemple de Matagami

Un projet de deux ans dans le camp minier de Matagami est utilisé ici pour illustrer certaines applications. Ce projet a été financé par le ministère des Ressources naturelles du Québec (MRN) et le FRQNT. Il a également reçu le soutien logistique de Xstrata Zinc Canada (maintenant Glencore Xstrata plc), Donner Metals Ltd., SOQUEM et Ressources Breakwater (maintenant Nyrstar). Les personnes ayant participé incluent Alexandre Bourke, assistant de recherche et Bastien Fresia, étudiant de maîtrise (codirigé par Erwan Gloaguen).

Le camp de Matagami est situé dans le nord de la Sous-province de l’Abitibi au Québec, et contient des roches volcaniques (et intrusives) sous-marines d’âge archéen, avec une vingtaine de gisements polymétalliques (Zn-Cu-Ag-Au) de sulfures massifs volcanogènes (SMV) associés. L’exploitation minière des SMV a cours depuis plusieurs décennies dans la région.

Le camp de Matagami

Le camp de Matagami

Dix forages d’exploration couvrant le Flanc Sud (McLeod, Bracemac, centre du Flanc Sud, Persévérance), le Flanc Nord (New Hosco, Norita, Bell Channel) et le gisement Caber dans le Camp Ouest ont été analysés avec le LAMROC. Ceci représente un total de plus de 7000 m de carottes, près de 26 000 mesures de densité, de susceptibilité magnétique, et de spectrométrie infrarouge et visible, et environ 12 000 mesures géochimiques obtenues avec des analyseurs à FRX portatifs.

Les descriptions originales des géologues sont très largement correctes pour les dix forages étudiés, mais il parfois difficile de trancher entre par exemple une lave massive et une intrusion à grains fins. Or, on peut corréler stratigraphiquement des coulées de lave ou les unités volcaniques d’un forage à l’autre, mais pas des intrusions, d’où l’importance de distinguer les laves des intrusions, même dans les zones d’altération hydrothermale où les textures primaires sont masquées ou oblitérées. Aussi, entre une andésite et un basalte, la séparation à l’œil nu est difficile voire impossible, comme entre une diorite et un gabbro. La lithogéochimie traditionnelle amène bien sûr une information exacte et complète sur les échantillons qui font l’objet d’analyses, mais l’espacement entre ces échantillons, typiquement plusieurs dizaines de mètres, ne permet pas de positionner précisément les contacts géologiques.

C’est là une des forces des données du LAMROC : grâce à leur forte résolution spatiale (moins de 1 m) le long des forages, les contacts sont précisément localisés en examinant simultanément des profils de propriétés physiques et de ratios d’éléments géochimiques immobiles en fonction de la profondeur. Voici un exemple pour le secteur de Bracemac :

Exemple pour le secteur de Bracemac

Exemple pour le secteur de Bracemac

Immédiatement sous la principale lentille minéralisée (codes « MS » et « SMS »), le log original de la compagnie identifie la Rhyolite du lac Watson (code « WV1B ») comme lithologie principale pour l’intervalle 577,60-601,00 m, mentionne d’une part que la chloritisation est pervasive (modérée à forte), et d’autre part qu’il pourrait s’agir en partie d’une unité mafique. Les profils Ti/Zr et Al/Zr révèlent que ces soupçons étaient fondés, puisque l’intervalle ~581-598 m, montre des ratios très élevés suggérant une dominance de roche mafique (probablement intrusive). Plusieurs intrusions semblent également présentes sous la lentille minéralisée supérieure (autour de 200 m).

Voici plusieurs éléments chimiques en fonction de la profondeur pour le même forage, BRC-08-72 :

Éléments chimiques en fonction de la profondeur pour le même forage

Éléments chimiques en fonction de la profondeur pour le même forage

Les pics de cuivre et le zinc indiquent essentiellement la position des zones minéralisées principales. Les teneurs en Zr montrent bien la différence entre la Rhyolite de Bracemac (code « BRV1B ») et celle du lac Watson. Le titane est plus élevé dans les gabbros quartzifères (« I3CQ ») que dans les gabbros ordinaires (I3A). Un pic de Mn, interprété comme étant d’origine hydrothermale, est observé sous une des lentilles de SMV, possiblement en lien avec une altération à chlorite.

Voici enfin la minéralogie (par méthode infrarouge) en fonction de la profondeur :

Minéralogie (par méthode infrarouge) en fonction de la profondeur

Minéralogie (par méthode infrarouge) en fonction de la profondeur

Les minéraux les plus abondants sont la chlorite, les micas blancs (séricite), l’épidote et les amphiboles. Les micas blancs se concentrent sous les lentilles de SMV, dans des zones par ailleurs riches en chlorites, allant en intensité jusqu’à la chloritite, avec des indices d’Ishikawa de plus de 80 %. Cette distribution des micas blancs semble indépendante de la lithologie hôte, puisque la lentille supérieure (vers 200 m) est située au dessus de laves mafiques, alors que la lentille principale surmonte la Rhyolite du lac Watson. De plus, les micas blancs ne sont pas présents immédiatement sous les lentilles minéralisées, ce qui est typique des roches hôtes des SMV de type bimodal-mafique dans la littérature.

La composition des micas blancs dans le forage BRC-08-72 varie de la muscovite à la phengite, selon la position du pic d’absorption AlOH. Les compositions sont surtout phengitiques, sauf dans le mur de la lentille inférieure, où on trouve de la muscovite. Autrement dit, les micas de la pipe d’altération principale ont un pic AlOH de plus faible longueur d’onde que ceux du reste du forage. D’autres études sur les micas blancs sont envisagées à Matagami.

Nous explorons aussi l’utilisation des statistiques multivariées pour reconnaître automatiquement les classes lithologiques en fonction de la profondeur à partir des données du LAMROC. De telles méthodes ne remplacent pas le géologue, mais peuvent l’assister dans son travail en identifiant des contacts lithologiques cryptiques ou les protolites dans les zones d’altération. Le modèle initial, illustré ci-dessous et réalisé par B. Fresia, fait appel au partitionnement de données (cluster analysis) dans le but de séparer les points de mesures en fonction de leur signature physico-chimique.

Partitionnement de données (cluster analysis)

Partitionnement de données (cluster analysis)

Les contacts lithologiques principaux, observés dans la description originale du forage BRC-08-72, sont bien mis en évidence par le résultat de l’analyse (colonne « modèle statistique » sur la figure), ce qui confirme que le résultat est valable et utile dans l’ensemble. Huit classes lithologiques sont proposés par le modèle statistique dans les roches non minéralisées, que nous interprétons de la manière suivante, du haut vers le bas : (1) basaltes (en vert pâle sur la figure); (2) une classe définissant les intrusions intermédiaires à mafiques non différentiées, incluant les tuffites (brun pâle); (3) certains gabbros quartzifères non magnétiques (olive pâle); (4) gabbros quartzifères magnétiques (olive foncé); (5) andésites (vert foncé); (6) rhyolites, incluant la Rhyolite du lac Watson et celle de Bracemac (jaune); (7) gabbro non magnétique (brun foncé); (8) rhyolite magnétique (brun-rouge foncé). Plusieurs autres pseudo-logs pour le même forage sont présentés dans le mémoire de maîtrise de B. Fresia (voir références ci-dessous).

Les images suivantes sonnent un aperçu de quelques lithologies présentes dans le forage BRC-08-72. L’intérêt de ces images – en plus de constituer une archive virtuelle complète du forage – est qu’elles permettent de comparer l’aspect visuel de la roche avec les propriétés d’intérêt, même si les carottes ont disparues ou ne sont pas disponibles pour la personne qui fait l’interprétation. De gauche à droite : (1) intrusion gabbroïque envahie localement par de l’épidote, puis du quartz ou de la calcite, 448,80-449,00 m (carotte entière); (2) Rhyolite de Bracemac chloritisée et bréchifiée, avec quelques sulfures disséminés, 542,54-542,74 m (carotte entière); (c) sulfures massifs (sphalerite, pyrite, chalcopyrite) entre 572,60 et 572,80 m (carotte sciée).

Carotte sciée

Carotte sciée

Références (voir page publications)