Les traceurs minéralogiques comme indicateurs de porphyres cuprifères dans les remplissages sédimentaires des bassins adjacents, désert d'Atacama, Chili

Mineralogical tracers to constrain the denudation of porphyry copper deposits on sedimentary fill on adjacent basins, Atacama desert, Chile

• Auteur / Autrice : Héctor Orlando Pizarro Martínez
• Direction : Sébastien Carretier, Eduardo Campos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et des Planètes Solides
• Date : Soutenance le 24/07/2019
• Etablissement(s) : Toulouse 3 en cotutelle avec Universidad del Norte (Chili)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences Environnement Toulouse (2011-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Atacama, Désert d' (Chili)

Bassins sédimentaires

Porphyre (pétrologie)

Cuivre

Mots clés libres

Porphyre de cuivre

Minéraux indicateurs

Géochimique

Propriétés magnétiques des roches

Désert d'Atacama

Copper porphyry

Indicator minerals

Geochemical

Rock magnetic properties

Atacama desert

Résumé

Les gisements de cuivre porphyrique (PCDs) sont liés au magmatisme calco-alkalins produit le long d'une marge tectonique convergente et résultent de la circulation de fluides hydrothermaux dérivés de magmas felsiques oxydés, hydratés et à faibles profondeurs. Au cours de l'évolution des systèmes magmatiques et hydrothermaux, les interactions fluide-roche génère des minéraux de l'altération hydrothermale typiques et peut également modifient ou génèrent des minéraux accessoires avec des signaux différents qui peuvent être associés à chaque étape de l'évolution du système, ce qui pourraient être distinguées par les caractéristiques physico et chimiques des minéraux accessoires hérités (zircon), des minéraux modifiés (apatites) ou des minéraux nouvellement formés (oxydes de Fe-Ti). Dans le désert d'Atacama, les bassins hydrographiques exposés le long de l'avant-arc occidental sont remplis de dépôts de gravier provenant de l'érosion de la Cordillère de Domeyko, en réponse à la phase tectonique éocene Incaique. On peut émettre l'hypothèse que certains de ces bassins contiennent des preuves minéralogiques qui qui vient de la dénudation des systèmes minéralisés en cuivre-porphyre situés en amont. L'objectif principal de cette thèse est donc de trouver des preuves magnétiques, minérales et chimiques qui permettront de relier la dénudation des PCDs aux sédiments déposés dans les bassins adjacents. Pour tester cette relation, nous comparons les caractéristiques magnétiques des roches et pétrographique et géochimique des minéraux accessoires (zircons et apatites) dans quatre PCDs situés dans la Cordillère de Domeyko (Chuquicamata, Mirador, Esperanza et Escondida), avec les mêmes caractéristiques des sédiments remplissant un bassin proche du district minier de Centinela. Dans ces PCDs, des caractéristiques pétrographique et géochimique distinctes des minéraux accessoires associées à la fertilité en cuivre ont été trouvés. Dans les zircons, la plus grande fertilité correspond aux signatures géochimiques : Hf > 8 750 (ppm), Eu / Eu* > 0,4, 10 000 x (Eu / Eu *) / Y> 1, (Ce / Nd) / Y> 0,01, Dy / Yb <0,3, Th / U < 1 -> 0,1), ce qui peut être lié à un état d'oxydation élevé et à une teneur élevée en eau magmatique dans le magma. Dans les apatites, les caractéristiques les plus distinctives de la fertilité en cuivre sont la couleur de luminescence verte, les valeurs élevées de Ca et la faible teneur en oligo-éléments, tels que Mg, Na, Cl, qui peuvent être liées à l'évolution des fluides hydrothermaux. Bien que le signal magnétique des PCDs soit contrôlé par la présence d'oxydes Fe-Ti d'origine hydrothermale et magmatique, il n'a pas été possible de différencier la contribution de ces deux composantes. Dans le bassin, il existe un dépôt de gravier (Tesoro) contenant un nombre important de zircons et d'apatites indicateurs de fertilité métallogénique des PCDs, qui coïncide avec une minéralisation de Cu exotique. On observe également une diminution des valeurs de susceptibilité magnétique des niveaux inférieurs aux niveaux supérieurs, qui est principalement contrôlée par la concentration en oxydes de Fe-Ti à grains grossiers d'origine détritique. La concentration la plus élevée en oxydes de fer pourrait être associée à un climat aride et à une influence tectonique, alors que la diminution de la concentration peut être liée à une tendance à l'aridification et / ou à un éloignement relatif des sources de ces oxydes. En conclusion, les apatites et les zircons détritiques des bassins ont le potentiel de documenter la dénudation des PCDs en amont. Par conséquent, l'utilisation de minéraux indicateurs représente une technique d'exploration potentiellement efficace qui peut facilement s'appliquer à la recherche de preuves concrètes de PCD contenues dans des dépôts de gravier. D'autre part, les propriétés magnétiques des sédiments nous renseignent sur les conditions paléo-climatiques et / ou tectoniques de leur dépôt.

Porphyry copper deposits (PCDs) are linked to calk-alkaline magmatism produced in a convergent tectonic margin and resulted from the circulation of hydrothermal fluids derived from oxidized and water rich felsic magmas emplaced at shallow depths. During the evolution of the magmatic and hydrothermal systems, the fluid-rock interaction generates typical hydrothermal alteration minerals and can also modify or generates accessories minerals with different properties that can be associated at each stage of the evolution of the system, which could be distinguished by the physico and geochemical characteristics of the inherited accessory minerals (zircon), the modified minerals (apatite) or the newly formed minerals (Fe-Ti oxides). In the Atacama Desert hydrographic basins exposed along the western forearc are filled by gravel deposits which were derived from the erosion of the Domeyko Cordillera in response to the Eocene Incaic tectonic phase. It can be hypothesized that some of these basins contain mineralogical evidences that come from the denudation of porphyry copper mineralized systems located upstream. Therefore, the main goal of this thesis is to find magnetic, mineral and chemical evidences that will help to link the denudation of PCDs with sediments deposited in adjacent basins, mainly by using heavy minerals and magnetic signals as tracers contained in the sedimentary record. To test this relationship, I compare the rock-magnetic properties and physical and geochemical characteristics of minerals (zircon and apatite) in four selected DPCs located in Domeyko Cordillera (Chuquicamata, Mirador, Esperanza and Escodida), with the same characteristics in detrital sediment filling a close basin in the Centinela Mining District. In the studied PCDs, accessory minerals with distinctive physical and geochemical characteristics associated with metallogenic fertility were identified. In zircons, the most fertile samples correspond to these geochemical signatures: Hf > 8,750 (ppm), Eu/Eu* > 0.4, 10.000 x (Eu/Eu*)/Y > 1, (Ce/Nd)/ Y > 0.01, Dy/Yb < 0.3, Th/U < 1 - > 0.1), which can be linked to high oxidation state and high content of magmatic water in the magma. In apatite, the most relevant features indicating fertility are the green luminescence color and high Ca values and low content of trace elements, such as Mg, Na, Cl, which can be related to the evolution of hydrothermal fluids. Although the magnetic signal from DPCs is controlled by the presence of Fe-Ti oxides of hydrothermal and magmatic origin, their characteristics could not be used to differentiate the contribution of these two components. In the stratigraphic record there is a gravel deposit (Tesoro) which contains an important number of zircons and apatite which can be signaled as indicators of metallogenic fertility, that coincides with exotic-Cu mineralization and abundant clasts coming from different hydrothermal alteration zones related to PCDs. In the gravel deposits, a decrease in the magnetic susceptibility values from lower to upper levels is observed, which is mainly controlled by coarse-grain Fe-Ti oxides concentration of detritic origin. In the gravel deposits, rock magnetic properties are mainly controlled by Fe-Ti oxides concentration of detritic origin, where the highest concentration of Fe-minerals could be associated to arid climatic conditions and a rapid tectonically-controlled denudation, whereas the decline in concentration can be related to an aridification trend and/or sources changes.