Modèle tectono-métallogénique des gisements d’uranium de la zone de Kiggavik, Nunavut, Canada

Tectono-metallogenic model of the Kiggavik uranium deposits, Nunavut, Canada

• Auteur / Autrice : Alexis Grare
• Direction : Olivier Lacombe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance le 18/01/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la Terre de Paris (2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Loïc Labrousse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antonio Benedicto, Julien Mercadier, Gilbert Stein, Anna Travé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Chauvet, Kathryn Bethune

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tectonique

Métallogénie

Prospection géochimique

Prospection géophysique

Nunavut (Canada)

Uranium -- Gisements

Mots clés libres

Uranium

Gisements

Altération

Structure

Fracture

Modèle tectono-métallogénique

Uranium

Deposits

Alteration

Structural control

Fracture

Tectono-metallogenic model

Résumé

Les bassins Paléo- à Mésoproterozoiques (1750-1500 Ma) de l’Athabasca (Saskatchewan) et du Thelon (Nunavut), ainsi que le socle sous-jacent, présentent des gisements d’uranium de classe mondiale. Néanmoins, malgré son fort potentiel exploratoire, le bassin du Thelon, moins accessible, a été bien moins étudié à ce jour. La zone de Kiggavik, sur la bordure Est de ce bassin, a été intensément explorée par AREVA Resources Canada (ARC) jusqu’en 2016 ; elle abrite des minéralisations à uranium économiquement importantes, présentant un contrôle clair par la fracturation. Préciser la genèse, le contrôle structural et la chronologie de ces minéralisations est crucial pour comprendre le développement et la localisation de ces gisements, et par conséquent pour améliorer les stratégies d’exploration dans ce district. Ce travail de thèse se focalise sur l’étude du réseau complexe et polyphasé de fractures et de failles associé aux minéralisations à uranium dans la zone de Kiggavik. Il consiste en une étude multi-échelle intégrée combinant des analyses méso- à microstructurales sur le terrain et sur carottes de forages avec des analyses pétrologiques, géochimiques et géochronologiques. Les données géophysiques et géologiques sur le prospect de Contact récemment découvert, mais aussi celles provenant des autres gisements et prospects de la zone, ont permis de construire un modèle tectono-métallogénique multi-stade à l’échelle de la zone de Kiggavik. Nos résultats montrent que les failles majeures de directions ENE-WSW et NE-SW ont été préalablement formées durant les orogenèses Thelon-Taltson (2100-1900 Ma) et Trans-Hudson (1900-1800 Ma) ; ces failles ont été minéralisées en uranium à quatre stades : U0, U1, U2 et U3, chacun présentant des caractéristiques distincts en terme de fracturation, altération et minéralisation. La minéralisation U0 est interprétée comme étant d’origine magmatique, se déroulant à ~1830 Ma ; elle est liée à une micro-bréchification de la roche encaissante, qui présente une très faible altération. Cet événement tectonique s’est déroulé sous une contrainte encore mal contrainte, avec un raccourcissement de direction WSW-ENE. Cette minéralisation est suivie par un événement tectonique à ~1750 Ma qui a entrainé une forte bréchification siliceuse associée à une hématisation pervasive de la roche encaissante. Cette événement est antérieur au dépôt de la formation du Thelon et est d’origine magmatique-épithermale. Il a entrainé une silicification pervasive des failles précédemment formées, donnant naissance à la « Quartz Breccia » qui a compartimentalisé les événements de fracturation qui ont suivi, contrôlant les fluides minéralisateurs en agissant comme une barrière. Le stade de fracturation-minéralisation U0 et l’événement silicifiant reflètent l’importance des événements pré-Thelon en lien avec le magmatisme du groupe de Baker Lake, dans le contrôle de la fracturation et des circulations de fluides postérieures, et par conséquent de la localisation des minéralisations à uranium. U1, U2 et U3 sont postérieures au dépôt de la formation du Thelon : U1 et U2 sont deux minéralisations de type discordance, associées à des stades de fracturation qui se sont produit en réponse à un σ1 de direction WNW-ESE et σ3 de direction NNE-SSW; et à un σ1 de direction NE-SW et σ3 de direction NW-SE, respectivement. U1 et U2 se sont formées entre ~1500 et 1300 Ma et sont liées à la circulation de saumures diagénétiques porteuses d’uranium venant de la formation du Thelon. Postérieurement à U1 et U2, mais antérieurement à la mise en place des dykes de MacKenzie (1267 Ma), une contrainte extensive NE-SW a causé le décalage normal-dextre des corps minéralisés précédemment formés, via la réactivation de failles de directions NNW-SSE et E-W. Cet événement de fracturation a entrainé la circulation de fluides chauds, acides qui ont provoqué la désilicification et l’illitisation de la roche encaissante et à la déstabilisation des oxydes [...]

The Paleoproterozoic to Mesoproterozoic (1750–1500 Ma) Athabasca (Saskatchewan) and Thelon (Nunavut) basins, Canada, host world-class high-grade uranium deposits. However, while being prospective, the Thelon Basin has been much less accessible and studied to date. The Kiggavik area, on the eastern border of the Thelon Basin was intensively explored by AREVA Resources Canada (ARC) until 2016, and hosts significant fracture-controlled uranium resources. Understanding the genesis, structural controls and timing of the mineralization is crucial to better understand the development and location of these deposits, and therefore to improve exploration strategies in this uranium district. This work focuses on the study of the complex multiphase fault and fracture network associated with uranium mineralization in the Kiggavik area. It consists in an integrated and multiscale study combining meso- and microstructural analyses from field and drill cores with petrological, geochemical and geochronological analyses. Geophysical and geological data from the recently discovered Contact prospect as well as from other nearby deposits and prospects enabled us to decipher the tectono-metallogenic multi-stage model at the scale of the entire Kiggavik area. Our results show that the main ENE-WSW and NE-SW fault zones formed earlier during the Thelon and Trans-Hudsonian orogenies and were mineralized in four stages, U0, U1, U2, U3, with distinctive fracture, alteration and mineralization patterns. U0, inferred of magmatic origin, likely occurred at ca. 1830 Ma and is related to micro-brecciation and weak clay-alteration under a yet poorly constrained stress, likely a WSW-ENE shortening. This event is followed by intense quartz brecciation, iron oxidation and veining at ca. 1750 Ma. This silicifying event that predates deposition of the Thelon formation is of magmatic epithermal origin; it caused pervasive silicification of former fault zones, giving birth to the so-called Quartz Breccia that compartimentalized subsequent fracturing and behaved as a barrier for mineralizing fluids. Both the U0 mineralization and the subsequent silicifying events reflect the importance of pre-Thelon magmatic-related fracturing/fluid circulation events on controlling the future development and location of later unconformity-type uranium deposits. U1, U2 and U3 postdate deposition of the Thelon formation; U1 and U2 mineralization events are associated with two fracturing stages that occurred in response to a far-field stress that evolved from WNW-ESE σ1 and NNW-SSE σ3 to NE-SW σ1 and NW-SE σ3, respectively; both formed at ~1500-1300 Ma and are related to circulation of Thelon-derived U-bearing basinal brines. A post U1/U2, but pre-MacKenzie dikes, NE-SW oriented extensional stress caused the normal-dextral offset of the orebodies by reactivating NNW-SSE and E-W faults. This fracturing event triggered circulation of hot acidic fluids, desilicifying, illitizing and bleaching the host-rock, remobilizing and reprecipitating previous uranium stock. U3 is linked to uranium redistribution/reconcentration along redox fronts and occurred through weak reopening of the fracture network enhancing percolation of meteoric fluids at 500-300 Ma. Our study shows that unlike in the Athabasca Basin where uranium deposits are unconformity-related in type and where clay alteration halos are spatially and genetically associated to ore bodies, in the Kiggavik area (1) uranium deposits are of mixed type evolving from magmatic-related (U0) to unconformity-related (U1-U2), with a final perturbation by meteoric fluid percolation (U3), and (2) the strongest clay alteration event postdates the main stages of mineralization (U0 to U2). Our study also emphasizes the need of accurate structural analyses combined with petro-geochemical and geochronological studies to better constrain the genesis and the structural plumbing responsible for ore deposits formation and to help provide more [...]