Les brèches associées aux gisements d'uranium de type discordance du bassin Athabasca (Saskatchewan, Canada)

par Guillaume Lorilleux

Thèse de doctorat en Géosciences

Sous la direction de Michel Cuney.

Soutenue en 2001

à Nancy 1 .


  • Résumé

    Les gisements d'uranium de type discordance du Bassin Athabasca (Canada) sont fréquemment associés à des corps de brèches qui forment l'encaissant et enveloppent la minéralisation dans des grès quartzeux. Afin de comprendre les mécanismes de formation de ces brèches et leur rôle dans la genèse de ces gisements d'uranium, les brèches associées aux minéralisations en U du prospect de Shea Creek et de la Mine à Ciel Ouvert de Sue C, et à la minéralisation en Y, terres rares etUde la zone de Maw ont été étudiées. La cartographie structurale et la modélisation 3D mettent en e��vidence le contrôle de la géométrie des brèches par des failles généralement inverses et graphiteuses dans le socle. L'étude des paragenèses minérales et les calculs d'âges chimiques U-Pb à Shea Creek mettent en évidence 3 phases de bréchification à sudoite-dravite, à Fe-chlorite et à hématite-sidérite. Elles sont respectivement contemporaines de 3 épisodes de réactivations tectoniques et/ou de surrection du bassin entre 1,52 et 1,25 Ga pendant la principale phase de dépôt des minéralisations à haute teneur et vers 900 et 350 Ma au cours de remobilisations des minéralisations uranifères. Les brèches contemporaines de la genèse de la minéralisation primaire se sont formées en 3 stades caractérisées par l'analyse fractale des formes de fragments exprimant leur degré de maturité. Le premier stade de formation des brèches a été initiée par une réactivation des failles inverses à graphite qui a provoqué une fracturation tectonique localisée dans le coeur des failles et une fracturation hydraulique, plus étendue, dans les zones de silicification massive précoce des grès. Le deuxième stade correspond à la dissolution du quartz due à la circulation verticale d'un fluide de socle sous-saturé par rapport au quartz dans les grès fracturés. Les rapports fluide/roche minimaux calculés sont très élevés de l'ordre de 3 000 dans la zone de Maw et de 38 000 dans les zones à boules de Sue. Cette variation reflète la diminution de l'intensité de la dissolution avec la distance à la discordance. Le volume minimal de fluide de socle ayant circulé dans les brèches est de l'ordre du kilomètre cube. Les calculs de bilans de masse montrent que les fluides ont apporté les éléments U, V, Mg, B, Al, K, Bi, Ni, Co, Mo, As, S, W, Zn, Y et terres rares, conformément aux néoformations d'illite, de sudoite magnésienne et de dravite et au caractère polymétallique des minéralisationsdans les grès. Le troisième stade s'exprime par des phénomènes d'effondrements gravitaires faisant suite à la formation de cavités de dissolution du quartz. Dans les zones à boules développées dans le coeur des failles, c'est la contraction tectonique qui a progressivement refermé les espaces vides créés par la dissolution. Les pertes de volumes peuvent atteindre 90 % dans les zones de dissolution les plus intenses, proches de la discordance. Dans les zones de faille à très fort pendage, les effondrements se sont propagés jusqu'à plus de 2,50 rn audessus de la discordance comme dans la zone de Maw, de la même manière que dans un karst. La précipitation d'uranium provoquée par le mélange du fluide réducteur de socle sous-saturé par rapport au quartz (> 250°C) avec des fluides diagénétiques oxydants de bassin(< 240°C) a eu lieu pendant un temps de l'ordre de plusieurs millions d'années, en liaison avec la dissolution progressive du quartz libérant l'espace nécessaire au piégeage des minéralisations massives.

  • Titre traduit

    Breccias associated with unconformity-type uranium deposits in the Athabasca basin (Saskatchewan, Canada)


  • Résumé

    Unconformity-type uranium deposits in the Athabasca Basin (Canada) are commonly hosted and surrounded by breccia bodies in quartzose sandstones. In order to understand the mechanisms of breccia formation and the ir significance for the genesis of uranium deposits, the breccias associated with U mineralizations of the Shea Creek prospect and Sue C open pit, and with the Y-REEU mineralization of the Maw Zone were studied. Structural mapping and 3D modeling evidence the control of breccia geometries by reverse faults that are graphite-rich in the basement. The study of mineral paragenesis and calculations of U-Pb chemical ages at Shea Creek reveal 3 breccia phases with sudoite-dravite, Fe-chlorite and hematite-siderite cements. These breccias developed over more than 1 Ga respectively during 3 stages of tectonic reactivations and/or basin uplift main! y between 1. 52 and 1. 25 Ga during the main event of primary uranium deposition and at about 900 and 350 Ma during phases of uranium remobilization. The breccias coeval with the genesis of the primary mineralization developed in 3 stages characterized by fractal analysis of fragment shapes expressing their degree ofmaturity. The first stage of breccia formation has been triggered by a reactivation of graphite-rich reverse faults inducing localized tectonic fracturing in the core offaults and widespread hydraulic fracturing in early silicified zones. The second stage corresponds to quartz dissolution due to the vertical circulation of a basement t1uid undersaturated relative to silica in fractured sandstones. Calculated minimum t1uid/rock ratios are very high with values of3,000 at the Maw Zone and 38,000 in the Sue « zones à boules» ret1ecting the decrease of dissolution intensity with the increase of distance to the unconformity. The minimum volume of basement t1uids that have circulated through the breccias is about 1 km3 • Mass balance calculations show an input of U, V, Mg, B, Al, K, Bi, Ni, Co, Mo, As, S, W, Zn, Y and REE, in accordance with the new formation of illite, Mg-rich sudoite and dravite and with the polymetallic sandstone-hosted mineralization. The third stage is expressed by gravity-driven collapse phenomenons resulting from the cavities created by quartz dissolution. In « zones à boules » developed in the core of faults, it is the tectonic contraction that progressively closed the open spaces formed by quartz dissolution. Volume Joss values reach 90 % in zones of intense dissolution close to the unconformity. In steeply dipping fault zones, collapse propagated up to more than 250 rn above the unconformity as observed at the Maw Zone, like in a karst. Uranium deposition induced by mixing of the reducing basement fluid undersaturated relative to quartz (> 250°C) with diagenetic oxidizing basin fluids (< 240°C) occurred during about severa! million years, simultaneously with quartz dissolution providing the space needed to form the massive mineralizations.

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