Les gîtes hydrothermaux se forment par l'accumulation de minéraux précieux à partir d'eaux chaudes circulant dans la croûte terrestre à travers des fractures. Ces eaux chaudes transportent des métaux en solution, et lorsqu'elles atteignent un volume restreint de roche, ils deviennent sursaturés, entraînant la précipitation des minéraux. Dans certains cas, ces minéraux peuvent être extraits de manière rentable par des activités minières, on parle alors de gisement hydrothermal. Cependant, la découverte de gisements minéraux est un processus complexe et coûteux, avec seulement environ un prospect sur mille exploré par les entreprises qui se transforme en une mine rentable. On considère comme un gisement minéral toute concentration géologiquement significative d'une roche ou d'un minéral économiquement exploitable dans une zone définie. Le fait qu'un gisement minéral soit connu mais inexploité peut indiquer un manque de rentabilité.
Les gîtes hydrothermaux se répartissent en six sous-catégories principales, à savoir les porphyres, les skarns, les amas sulfurés volcanogéniques (VMS), les gîtes sédimentaires exhalatifs (SEDEX), et les gîtes épithermaux de type vallée du Mississippi (MVT). Chaque type de gîte hydrothermal se distingue par ses structures, son âge, ses dimensions, ses concentrations, ses formations géologiques et ses caractéristiques particulières, ce qui leur confère une valeur unique. Ses appellations découlent généralement de leur mode de formation, de leur emplacement géographique ou de leurs caractéristiques distinctives.
Les gîtes de type porphyre apparaissent généralement dans les systèmes de circulation de fluides hydrothermaux développés autour de chambres magmatiques felsiques à intermédiaires ou de plutons en cours de refroidissement. Cependant, ces minéraux n'ont pas précipité directement à partir du magma. D'autre part, un gisement de skarn est constitué d'un assemblage de minerais et de minéraux calco-silicatés, résultant du remplacement métasomatique de roches carbonatées dans l'auréole de contact d'un pluton. Les dépôts d'amas sulfurés volcanogéniques se forment lorsque le magma mafique situé en profondeur dans la croûte océanique, probablement à quelques kilomètres sous la surface, agit comme une source de chaleur, induisant une circulation convective de l'eau de mer à travers la lithosphère océanique. Le fluide hydrothermal lessive les métaux présents dans les roches de la lithosphère en descendant, puis précipite les minéraux en remontant. Les dépôts sédimentaires exhalatifs, également appelés dépôts SEDEX, sont des dépôts de sulfures de plomb-zinc formés dans les bassins sédimentaires intracratoniques par l'évacuation sous-marine de fluides hydrothermaux. Ces gisements sont généralement situés dans des shales. Les dépôts épithermaux hydrothermaux sont constitués de veines ou de groupes de veines rapprochées ; les types Vallée du Mississippi (MVT) sont présents dans le calcaire ou la dolomite, à proximité de dépôts d'évaporites et se déposent dans un milieu marin peu profond. Dans ce type d'environnement géologique, les roches volcaniques, les plissements et le métamorphisme régional sont absents.
Généralités Un gisement de minerai est le volume de roche dont l'exploitation est profitable. Il existe donc de nombreuses paramètres permettant d'en évaluer la rentabilité, comme le prix, le tonnage ou l'emplacement. Les produits minéraux peuvent être classés comme métaux ou non-métaux. Les métaux font référence aux éléments du tableau périodique qui comprennent les métaux communs, ferreux, fissiles mineurs et précieux. D'autre part, les non-métaux font référence aux minéraux industriels tels que le gypse, les diamants, le pétrole, le charbon et les granulats. Il est rare de trouver des gisements hydrothermaux de minéraux économiquement précieux et récupérables, ce qui signifie qu'ils sont très peu étendus par rapport à la superficie totale de la surface terrestre.
Ces types de gisements sont généralement considérés distinct les uns des autres tout en présentant des caractéristiques communes et dans un contexte géodynamique quadridimensionnel similaire. La formation de gisements d'un type particulier peut varier dans le temps et dans le lieu, mais différents types de gisements peuvent également se former de manière synchrone, mais spatialement séparés au sein du même vaste orogène.
Les gisements hydrothermaux sont des éléments clés dans presque toutes les activités industrielles modernes. +Classification des gisements minéraux Igné Les minerais sont précipités directement à partir d’un magma. Sédimentaire Les minerais sont concentrés ou formés par des processus sédimentaires. Métamorphique Les minerais se forment lors du métamorphisme. Hydrothermale Les minerais sont précipités par une solution hydrothermale qui s'infiltre à travers les espaces intergranulaires et le long des plans de stratification et des fractures des roches encaissantes. Selon certains chercheurs, les solutions hydrothermales peuvent se former selon quatre, voire cinq scénarios d'origine, bien que tout échantillon unique de solution soit généralement un mélange de deux ou plusieurs types :
Fluide deutérique dérivé du magma à un stade tardif de cristallisation Fluide métamorphique dérivé de l'élimination progressive des fluides hydrothermaux au cours du métamorphisme régional Eau météorique descendant de la surface Fluide formé par le dégazage du noyau ? et manteau Les saumures de bassin sont également considérées comme une source possible de fluides hydrothermaux. On pense que les fluides sont de l'eau connée expulsée des sédiments par des compactions et des forces tectoniques.
Les minerais peuvent se former en même temps et à partir des mêmes processus que la roche hôte, appelés alors syngénétiques, ou légèrement après la formation de celle-ci, peut-être lors de l'altération ou du compactage, phénomènes nommés diagénétiques, ou encore ils peuvent se former bien plus tard que la roche hôte ou dans un évènement épigénétique. La roche hôte constitue l'entourage du gisement de minerai. Sous-catégorie Gisement hydrothermal Abréviation connue Formation Principaux métaux Roches hôtes Porphyre Épigénétique Cu, Mo, Au Le minerai est spatialement associé à une ou plusieurs intrusions de haut niveau de composition felsique à intermédiaire telle que le granite, la granodiorite ou la diorite. Skarn Épigénétique Cu, Mo, Ag, Au Un gisement de skarn est un assemblage de minerais et de minéraux calco-silicates, formé par remplacement métasomatique de roches carbonatées dans l'auréole de contact d'un pluton. Sulfure massif volcanogène VMS Syngénétique Cu, Zn, Pb Les roches encaissantes sont principalement volcaniques, les roches volcaniques felsiques indiquant un contexte convergent (arc insulaire ou ceinture orogénique). Exhalatif sédimentaire SEDEX Syngénétique Zn,Pb Ces gisements sont généralement stratiformes et sont généralement encaissés dans des schistes. Épithermique Épigénétique Au, Ag Les roches encaissantes peuvent être du granite muscovite cisaillé, de petits plutons. Type de la vallée du Mississippi MVT Épigénétique Pb, Zn Les gisements MVT sont encaissés dans des roches carbonatées, tandis que les gisements sedex se trouvent dans les schistes marins.
Gisements de minerai de porphyre vignette|629x629px| Coupe transversale hypothétique d'un volcan à arc insulaire montrant des intrusions mises en place dans le cœur du volcan. Lors du développement du minerai de type porphyre, une ou plusieurs intrusions auraient généré une phase fluide hydrothermale distincte et/ou agi comme une source de chaleur pour entraîner la convection des eaux météoriques (voir flèches rouges). Les gisements de porphyre constituent la majeure partie de la production mondiale de cuivre et de molybdène, respectivement 60 et 95 % de l'approvisionnement.
Les gisements de minerai de type porphyre apparaissent dans des systèmes de circulation de fluides hydrothermaux déployés au-dessus et autour de chambres magmatiques felsiques subvolcaniques de haut niveau et/ou de plutons de refroidissement intermédiaires. Le minerai est temporellement et intrinsèquement lié aux intrusions, mais n'en est pas un produit de précipitation direct du magma.
Formation Les gisements minéraux porphyriques se forment lorsque deux plaques tectoniques entrent en collision dans une zone de subduction avancée. Quand à la suite, elles refroidissent, elles réagissent avec les roches existantes, et forment un gisement de cuivre. Le niveau de déplacement est généralement peu profond, à moins de deux kilomètres sous la surface, dans une zone volcanique active.
Voici un exemple de gisement porphyrique typique d'un arc insulaire : La formation commence au début du volcanisme sur le fond marin au-dessus d'une zone de subduction dans une zone de collision océanique-océanique. Puis, à mesure que le magma cristallise, les substances volatiles telles que l'eau, le dioxyde de carbone et le dioxyde de soufre augmentent en concentration dans la phase liquide du magma. Finalement, à un stade très avancé de la cristallisation, la concentration de substances volatiles devient si grande qu'une phase fluide hydrothermale distincte se sépare du magma silicaté. À mesure que la quantité de fluide hydrothermal augmente, la pression de vapeur augmente. À un moment donné, la pression de vapeur dépasse la résistance des roches du toit sus-jacentes et une explosion volcanique se produit, fracturant la roche sus-jacente. La réduction soudaine de la pression de confinement sur le magma restant conduit à une ébullition vigoureuse instantanée du magma à mesure que de plus en plus de substances volatiles se séparent. Par conséquent, la fermeture des cassures dans les roches du toit par précipitation de minéraux permet à la pression de confinement d'augmenter à nouveau. Au fil du temps, des magmas de plus en plus felsiques s'élèvent au cœur du volcan. Certains de ces magmas ultérieurs éclatent probablement en surface, formant de nouvelles couches de roches volcaniques qui seront ensuite éliminées par l'érosion.
Tôt ou tard, l'activité volcanique cesse et l'érosion enlève les parties supérieures du volcan et expose les roches intrusives et la minéralisation de stockwerks qui s'y trouvaient autrefois.
Caractéristiques du porphyre Âge Âge moyen de 13 millions d'années, arcs continentaux et océaniques d'âge tertiaire et quaternaire. Taille Parmi les plus importants au monde, notamment des gisements de type porphyre. Emplacement Les 25 plus grands gisements de porphyre se trouvent dans le sud-ouest du Pacifique et en Amérique du Sud. Roches hôtes Le minerai est associé à une ou plusieurs intrusions subvolcaniques de composition felsique à intermédiaire telles que le granite, la granodiorite ou la diorite. Métaux économiques Dans les arcs insulaires où les plutons hôtes sont typiquement de composition andésitique, les éléments d'intérêt économique sont principalement le cuivre et l'or. En revanche, ceux qui se produisent dans les ceintures orogéniques continentales sont généralement de composition rhyolitique et contiennent du cuivre, du molybdène et de l'or, et dans certains cas de l'étain et/ou du tungstène. Grade Généralement de qualité inférieure et ont une valeur monétaire relativement faible. Fractures Les minerais sont généralement confinés à de petites veinules et, moins souvent, à de plus grandes veines qui se sont formées comme remplissages de fractures dans les roches encaissantes. Des brèches hydrothermales peuvent souvent se produire, parfois sous forme de dykes de galets. Altération hydrothermale La roche encaissante des deux côtés de chaque veinule est généralement altérée à des degrés divers. Les minéraux primaires silicatés tels que le feldspath et l'amphibole sont remplacés par des minéraux hydrothermaux stables à des températures d'environ 400 °C ou moins comme la chlorite, l'épidote, la muscovite et le quartz.