Processus métallogéniques associés aux interactions hydrothermales entre l'eau de mer et les roches ultrabasiques du manteau le long de la Ride Médio-Atlantqiue

Metallogenic processes associated with hydrothermal interactions between seawater and mantle ultrabasic rocks along the Mid-Atlantic Ride

• Auteur / Autrice : Catherine Evrard
• Direction : Yves Fouquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences marines
• Date : Soutenance le 11/12/2012
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer et du littoral (Plouzané)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de géochimie et de métallogénie (Plouzané, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Hémond
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Fouquet, Christophe Hémond, Yves Moëlo, Anne-Marie Karpoff, Jean-Alix Barrat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yves Moëlo, Anne-Marie Karpoff

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dorsale médio-atlantique, Rift de la

Gisements hydrothermaux

Métallogénie

Sulfures métalliques

Mots clés libres

Hydrothermalisme

Sulfures de cuivre

Etain

Terres rares

Isotopes du cuivre

Trondhjémites

Séparation de phase

Ride Médio-Atlantique

Hydrothermalism

Sn

Copper isotopes

Phase separation

Mid-atlantic ridge

Résumé

Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié les sulfures hydrothermaux qui se forment dans les environnements ultrabasiques le long de la ride Médio-Atlantique, afin de préciser les processus hydrothermaux mantelliques et les processus métallogéniques à l'origine des enrichissements des sulfures en métaux. A l'échelle régionale, des failles de détachement à faible pendage, qui portent à l’affleurement les roches du manteau, contrôlent les circulations de fluides, alors que le moteur thermique des convections hydrothermales est activé à l’échelle locale par des intrusions gabbroïques au sein des roches du manteau. Les sulfures hydrothermaux étudiés au cours de ce travail proviennent de différents sites hydrothermaux à substrat ultrabasique (Ashadze, Logatchev, Rainbow), ainsi que des sites à substrat basaltique (Snake Pit, Krasnov). La caractérisation minéralogique des échantillons hydrothermaux par observation microscopique et par spectroscopie à diffraction X a conduit à une sélection des échantillons avant des analyses plus détaillées. Les analyses chimiques par spectroscopie, fluorescence X et ICP pour la détermination des compositions isotopiques du cuivre et des concentrations en métaux traces, terres rares et étain, ont été effectuées sur divers sulfures de cuivre (chalcopyrite, bornite, digenite, covellite, stannite), le cuivre ayant la particularité de précipiter sous différentes formes en fonction de la température, du pH, des conditions rédox et de la fugacité en oxygène et en soufre du milieu. L’étude de la sphalérite, sulfure de zinc, a principalement servi d’élément de comparaison pour les concentrations en métaux traces. L'étude des sulfures le long de ces failles amène un certain nombre de spécificités géochimiques et minéralogiques des minéralisations hydrothermales associées aux roches du manteau sur les dorsales lentes. Ces caractéristiques précisent les processus métallogéniques locaux dans les minéralisations formées sur le plancher océanique. A une échelle plus globale, nos résultats permettent également de discuter des particularités des circuits hydrothermaux mantelliques et de la nature des roches impliquées dans les réactions hydrothermales en profondeur.L'enrichissement en cuivre des sulfures primaires et secondaires des sites hydrothermaux est caractéristique des environnements ultrabasiques. L'étude de la composition isotopique de ce métal permet donc de travailler sur l'évolution des structures hydrothermales et de tracer les réactions chimiques qui s'y produisent. Le peu de variations dans les différentes roches d’où est extrait le cuivre ne permet pas de discuter de sa source. Cependant le fractionnement important des isotopes du cuivre lors de l’oxydation des sulfures primaires met en avant des processus locaux à l’échelle de la cheminée. L'oxydation et la réduction du cuivre, ainsi que la dissolution et la précipitation des sulfures secondaires fractionnent les isotopes du cuivre et vont, soit l'appauvrir en isotopes lourds dans le cas des sulfures résiduels, soit l'enrichir en isotopes lourds dans le cas des sulfures secondaires issus des fluides d'altération. Les données acquises permettent également de préciser les processus de maturation des monts par incorporation puis réduction de sulfures oxydés et donc fractionnés en cuivre.Les métaux traces des sulfures hydrothermaux sont de bons traceurs du substrat lessivé.L’abondance du nickel traduit l’interaction hydrothermale avec les roches ultrabasiques. Les fortes concentrations en étain ainsi que les spectres de terres rares normalisés aux chondrites et les anomalies négatives en europium peuvent s’expliquer par un lessivage de roches acides, telles que les trondhjémites situées au sommet des intrusions gabbroïques. La présence de ces roches dans les cores complexes océaniques implique une fusion partielle des gabbros en cours de refroidissement en profondeur. Cette fusion est induite par un abaissement du point de fusion du gabbro [… ]

In this thesis, we studied hydrothermal sulfides that form in ultramafic environments along the Mid-Atlantic ridge, to clarify mantle hydrothermal processes and metallogenic processes behind enrichments metal sulphides.At the regional level, vulnerabilities low angle detachment, which bear the mantle rocks outcrop, control fluid circulation, while the engine of hydrothermal convection is activated locally by gabbroic intrusions within the mantle rocks.Hydrothermal sulfides studied in this work from different hydrothermal sites ultrabasic substrate (Ashadze, Logatchev, Rainbow), as well as sites basaltic substrate (Snake Pit, Krasnov). The mineralogical characterization of hydrothermal samples by microscopic observation and X-ray diffraction spectroscopy has led to a selection of samples before more detailed analyzes. Chemical analysis by spectroscopy, X-ray fluorescence and ICP for the determination of isotopic composition of copper and trace concentrations of metals, tin and rare earth, were performed on various sulfides of copper (chalcopyrite , bornite, digenite , covellite, stannite) the peculiarity of having the copper precipitate in various forms depending on the temperature, pH, redox conditions and fugacity of oxygen and sulfur of the medium. The study of sphalerite, zinc sulfide, has been primarily used as a comparison to the concentrations of trace metals.The study of sulphides along these faults causes a number of geochemical and mineralogical characteristics of hydrothermal mineralization associated with mantle rocks on slow-spreading ridges.These characteristics indicate local metallogenic processes in mineralization formed on the ocean floor. On a more global scale, our results also discuss the characteristics of mantle hydrothermal circuits and the nature of the rocks involved in hydrothermal reactions in depth.The enrichment of copper sulphides primary and secondary hydrothermal sites is characteristic of ultramafic environments. The study of the isotopic composition of the metal's ability to work on the evolution of hydrothermal structures and trace the chemical reactions that occur there. The lack of variation in the different rocks where copper is extracted does not discuss its source. However the important copper isotope fractionation during oxidation of primary sulfides highlights local processes across the fireplace. The oxidation and reduction of copper, and the dissolution and precipitation of secondary sulfides fractionate the isotopes of copper and will either impoverish heavy isotopes in the case of residual sulfides , or enrich heavy isotopes in case of secondary sulphides from fluid alteration. The acquired data also indicate maturation Mountains by incorporation and reduction of oxidized sulphides and therefore split into copper.Trace metals from sulphides are good tracers of the substrate leached. The abundance of nickel reflects the hydrothermal interaction with the ultrabasic rocks. High concentrations of tin and the REE chondrite normalized and negative europium anomalies can be explained by leaching of acid rock, such as trondhjemites located at the top of gabbroic intrusions. The presence of these rocks in ocean cores complex involves partial melting of gabbros during cooling at depth. This fusion is induced by lowering the melting point of the gabbro associated with the injection of seawater depth along the detachment faults.The concentrations of trace metals also allow you to work on complex involved in the transport of these metals and thus to study the liquid phase at the origin of transport. Phase separation occurring during the ascent of fluids, generates two types of fluids, fluid and high salinity fluid condensed vapor of low salinity. These fluids may take different paths along faults can thus be considered that during boiling, the vapor is separated from the brine and migrates to the top of the wall to power the outputs of fluids. This separation and fluid migration are […]