Modélisation numérique couplée 2D/3D

L’origine des fluides hydrothermaux 

Depuis le siècle dernier, il a été confirmé que les fluides hydrothermaux étaient responsables de beaucoup de gisements de minerai, mais l’origine de ces fluides reste toujours discutée. Plusieurs hypothèses ont été proposées: 1) l’origine météorique : il a été suggéré que l’eau météorique puisse jouer un rôle significatif dans la composition des fluides hydrothermaux responsables de la formation de minéralisations liées à l’intrusion. Grace à la mise en place de magma, le gradient thermique installe une circulation convective de l’eau dans l’encaissant, et peut être responsable de la formation de minéralisations (Taylor, 1981). En plus, la taille et la forme de quelques dépôts suggèrent que les solutions hydrothermales lessivent un volume très grand de la roche, y compris des roches encaissantes; ainsi la taille de pluton parent reflète que le volume énorme de fluide vient de l’encaissant plutôt que du corps magmatique, ce qui fait que l’origine météorique des fluides est une hypothèse plus réaliste. 2) l’origine magmatique : grâce au rapport spatial qui existe entre beaucoup de dépôts hydrothermaux et de roches magmatiques, une école pense que le magma consolidé est la source de beaucoup (si ce n’est pas tout) de solutions hydrothermales (Khitarov et al. 1982 ; Manning, 1984 ; Strong, 1981). Cameron et Hattori (1987) ont produit des évidences pour la présence des fluides oxydés pendant la formation d’un certain nombre de dépôts canadiens et australiens d’or; ils ont contesté l’hypothèse orthodoxe qui dit que l’origine des fluides peut seulement être magmatique. 3) l’origine mélange (origine météorique-magmatique) : Un des mécanismes hypothétiques célèbres est le mélange entre deux types d’eau, (magmatique et météorique).Des évidences actuelles prouvent que les mêmes dépôts peuvent être formés par des différents types d’eau. Au moins des eaux de deux origines ont pu avoir joué un rôle important dans la formation de quelques minéralisations. Notre première question consiste à tester numériquement l’hypothèse de l’origine météorique des fluides hydrothermaux pour former des gisements de minerai. Notre question principale est : l’origine météorique des fluides est-elle suffisante pour former des gisements de minerai? 

Le système de fractures

 Il a été suggéré que tous les processus hydrothermaux exigent des perméabilités suffisantes dans l’encaissant qui permettent aux fluides de s’écouler de leur source jusqu’à la place du dépôt minéral. Cette perméabilité a été réalisée par des roches se fracturant sur des échelles microscopiques à des échelles de grandes failles. Ces systèmes sont censés avoir une capacité de faire circuler une grande diversité de composants comprenant les matériaux minéralisateurs (Yardley, 1983 ; Fischer and Paterson, 1985). La deuxième question vient du rôle des failles ou des systèmes de fracturation où la perméabilité est relativement élevée par rapport à la zone encaissante. Quel est le rôle des failles et/ou des systèmes de fractures? Jouent-ils un rôle de valve pour transporter des constituants de minerai loin de zone chaude (autour du corps magmatique), ou bien jouent-ils également un rôle de piège structural pour les gisements? 

L’âge des gisements et de l’intrusion parent Brimhall (1979) a démontré qu’il y a deux étapes de minéralisation : pré-principal et principal

 La minéralisation pré-principale, composée par de grandes tailles de minéralisations disséminées de cuivre-molybdène du type porphyre, formée entre 600-700°C, pourrait se mettre en place par un système intrusif plus jeune. Pendant l’étape principale plus tardive, un système géothermique impliquant les fluides hydrothermaux à des températures entre 200- 350°C, redépose une grande partie du cuivre disséminé pour former des veines riches en minéraux. Si nous avons un lien génétique entre une minéralisation et un corps magmatique, pourquoi avons-nous un décalage d’âge entre la minéralisation et le pluton parent ? Dans certains cas la minéralisation serait plus ancienne que le pluton parent? D’ailleurs, pouvonsnous prendre ce phénomène comme un argument pour montrer qu’il n’y a aucun lien génétique entre le pluton et la minéralisation? Et s’il y a plus d’un cycle de minéralisation, combien de cycles pourraient être liés à un corps magmatique, et eux dépendant de quels facteurs ? 

La géométrie du pluton 

A partir de différentes études (par exemple White, 1981, et Wallace, 1991), il a été proposé trois morphologies générales de minéralisations dépendant de la morphologie ou de la forme  de l’intrusion. Dans d’autres cas (ex: gisement d’Henderson) la géométrie compliquée de l’intrusion reflète des effets très compliqués sur la morphologie des gisements de minerai. Par conséquent, la question principale concerne le rôle de la géométrie du pluton pour piéger ou localiser des gisements de minerai ?

L’application numérique dans les domaines géologiques

 Les observations sur le terrain peuvent souvent être insuffisantes pour mesurer l’évolution temporelle des systèmes hydrothermaux. Par conséquent, le développement récent dans le domaine informatique s’est traduit par un progrès dans la modélisation numérique. Les convections hydrothermales liées à des intrusions magmatiques ont été étudiées numériquement par différents auteurs (e.g. Norton and Knight, 1977 ; Cathles, 1977 ; Norton 1979 ; Candela and Holland, 1986 ; Cook et al., 1997 ; Gerdes and Baumgartner, 1998, Barrie et al., 1999 ; Cui et al., 2001 ; Norton and Hulen, 2001 ; Gow et al., 2002 ; Oliver et al., 2006). Ils ont soutenu que la modélisation numérique constitue une méthode valide pour simuler les systèmes hydrothermaux autour des plutons et étudier la probabilité de former des gisements de minerai autour d’eux. Les questions suivantes sont les objectifs principaux de cette recherche : Comment l’emplacement de magma peut-il créer une convection hydrothermale? Comment la géométrie (la forme) de l’intrusion impacte les systèmes convectifs, la distribution de chaleur, et le R2AI (Restricted Rock Alteration Index, un paramètre développé pour localiser la zone favorable pour la minéralisation)? Quel est le rôle de la zone perméable (des fractures et des failles) lors de la formation des gisements de minerais? Comment la modélisation numérique peut-elle aider à expliquer le lien génétique entre l’intrusion et la minéralisation associée et les problèmes de datation? Pour répondre à ces questions, nous avons divisé notre travail en deux parties principales représentant : 1) L’examen de modèles théoriques de circulations hydrothermales autour d’un pluton, et la compréhension du rôle de différents paramètres tels que la variation de la perméabilité, la variation de la forme des intrusions et le rôle des zones perméables telles que des failles et des systèmes de fracturation. 2) L’application de nos modèles numériques sur des exemples naturels pour interpréter les observations sur le terrain.