Géochimie de l’exploration - MON...

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GGééochimieochimiede lde l’’explorationexploration

miniminièèrere

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Géochimie : Science -> étude de l’abondance , ladistribution et la redistribution des élémentschimiques dans :

la lithosphère (croûte et manteau terrestres)l’atmosphère (gaz)l’hydrosphère (mers, océans, lacs, nappes

phréatiques…)la biosphère (matière organique)

Définitions

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Exploration géochimique -> recherche de zonesanomaliques qui constituent des cibles pour la recherche degisements miniers exploitablesClarke d’un élément : sa teneur moyenne dans lalithosphère solideFond géochimique : concentration naturelle d’un élémentmajeure ou trace dans un matériau géologique, résultantuniquement de son histoire géologique : sédimentationdiagenèse, pétrogenèse et minéralisations... On parle defonds géochimiques :

localrégionald’une formationd’une provinced’un pays

Définitions

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Anomalie géochimique : toute teneur plus élevée (anomaliepositive) ou plus basse (anomalie négative) que le fondgéochimique régional

Définitions

Deux types d’anomalies géochimiques :

Anomalies formationnelles : liées à la concentrationdes éléments chimiques dans une formation géologiquesans aucun lien avec un stock métal

Anomalies provoquées : liées à la dispersion deséléments chimiques à partir d’un stock métal.

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Environnements géochimiques

-Environnement endogène (en profondeur) : caractérisépar les processus magmatiques, métamorphiques ethydrothermals (granites, micaschistes, filons de quartz,de barytine...)

-Environnement supergène (en surface) : caractérisé parles processus d’altération physiques et chimiques(transformations de roches mères en produitsd’altération (alluvions, colluvions, dépôts silteux, sols,morraines, argiles, sables, latérites…)

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1. Eléments lithophyles qui se combinent avecl’oxygène (Li, Na, K, Ca, Mg, Si, Al, Ba, Ti, Nb, Ta,Fe, Mn…)

2. Eléments calcophyles qui ont des affinités avec lesoufre (Pb, Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, As, Sb, Mo, Fe,Mo…)

3. Eléments sidérophyles qui s’associent avec le ferpour donner des alliages (Fe, Co, Ni, Pt, Pd, Os, Ir,Sn, W…)

4. Eléments atmophiles qui sont des éléments denature gazeuse (H, N, O, He…)

Eléments chimiques

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Dispersions chimiquesDispersions chimiquesClassification gClassification géénnéétique :tique :

Dispersion primaire (milieu endogDispersion primaire (milieu endogèène) :ne) :engendrengendréée par les phe par les phéénomnomèènes endognes endogèènesnes(magmatisme, m(magmatisme, méétamorphisme,tamorphisme,hydrothermalismehydrothermalisme……))

Dispersion secondaire (milieuDispersion secondaire (milieu supergsupergèènene) :) :altaltéération, transport, sration, transport, séédimentation,dimentation,vaporisationvaporisation……

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Dispersions chimiquesDispersions chimiquesClassification selon le mode :Classification selon le mode :

Dispersion mDispersion méécaniquecanique --> d> dééplacement dplacement d’’unun éélléémentmentchimique sans changement dchimique sans changement d’é’état chimiquetat chimiqueDispersion chimiqueDispersion chimique --> d> dééplacement dplacement d’’unun éélléémentmentchimique avec changement de lchimique avec changement de l’é’état chimique (transporttat chimique (transportsous forme dsous forme d’’ions, de complexes, de suspensionsions, de complexes, de suspensionscollocolloïïdalesdales……))Dispersion gazeuseDispersion gazeuse --> surtout utilis> surtout utiliséée dans la recherchee dans la recherchedes hydrocarbures. Dans la recherche minides hydrocarbures. Dans la recherche minièère, on utilise lare, on utilise ladispersion du mercure pour la recherche dedispersion du mercure pour la recherche deminminééralisations polymralisations polyméétalliquestalliques

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AltAltéérationration

AltAltéérationration --> modification chimique et physique> modification chimique et physiquedes rochesdes roches

Deux modes dDeux modes d’’altaltéération :ration :

AltAltéération physique ou mration physique ou méécaniquecanique : pas de: pas dechangement de composition chimiquechangement de composition chimique

AltAltéération chimiqueration chimique : avec modification de la: avec modification de lacomposition chimiquecomposition chimique

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AltAltéération physiqueration physique

-- EngendrEngendréée par la fragmentation des roches.e par la fragmentation des roches.-- Modification des rapports surface/volumeModification des rapports surface/volume

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Facteurs de lFacteurs de l’’altaltéération physiqueration physique1 : Les alternances de1 : Les alternances de gelgel--ddéégelgel, en climat, en climat

suffisamment humide, fragmentent les rochessuffisamment humide, fragmentent les roches(cryoclastie). L'eau en gelant augmente son(cryoclastie). L'eau en gelant augmente sonvolume de 9volume de 9--10% et10% et éélargit progressivement leslargit progressivement lesfractures.fractures.

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Facteurs de lFacteurs de l’’altaltéération physiqueration physique

2.2. VVééggéétauxtaux :: ééclatement de la roche par lesclatement de la roche par lesracines.racines.

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Facteurs de lFacteurs de l’’altaltéération physiqueration physique3.3. TectoniqueTectonique --> fractures> fracturesLL’’altaltéération dans ce cas progresse le long deration dans ce cas progresse le long de

plans de fracture (diaclases) dplans de fracture (diaclases) d’’origineoriginetectonique. Cela donne un dtectonique. Cela donne un déébit en boules avecbit en boules avecune disposition plus "gune disposition plus "gééomoméétrique"trique"

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Facteurs de lFacteurs de l’’altaltéération physiqueration physique4.4. Dilatation thermiqueDilatation thermique dans les rdans les réégions dgions déésertiquessertiques

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Facteurs de lFacteurs de l’’altaltéération physiqueration physique

5.5. AbrasionAbrasion (vent, sable,(vent, sable,rivirivièère turbulentere turbulente……))

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Agents de lAgents de l’’altaltéération chimiqueration chimiqueLL’’eaueau : agent majeur de l: agent majeur de l’’altaltéérationration

L’eau est une molécule singulièreLa liaison O-H est polariséeLa molécule d’eau se comporte comme un dipôle dontla force d’attraction vis-à-vis d’un ion détermine sasolubilité.

1- Attraction des ions

2- HydrolyseL’eau se comporte comme un acide faible : H+ (surtoutà températures élevées)

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Agents de lAgents de l’’altaltéération chimiqueration chimique

Oxygène (oxydation) : Gain d’O ou perte d’électron

Gaz carbonique : renforce l’activité de l’eau avecformation d’un acide faible

Acides organiques libérés par les bactéries et lesracines : agents actifs de destruction

Température : vitesse d’altération

Conditions de drainage (eaux) : lessivage

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HydrolyseHydrolyse : action de l: action de l’’acide carbonique suracide carbonique surles minles minééraux riches en cationsraux riches en cations

DissolutionDissolution : d: déécomposition dcomposition d’’un minun minééral enral enses ions constitutifs (ex. dissolution desses ions constitutifs (ex. dissolution descarbonates)carbonates)

MMéécanismes de lcanismes de l’’altaltéération chimiqueration chimique

CaCO3 + CO2 + H20CaCO3 + CO2 + H20 H2CO3H2CO3 Ca2+ + 2HCO3Ca2+ + 2HCO3--

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MMéécanismes de lcanismes de l’’altaltéération chimiqueration chimiqueOxydationOxydation : perte d: perte d’é’électrons lors de la formationlectrons lors de la formationde nouveaux produitsde nouveaux produits

Fe2+ (ion ferreux)Fe2+ (ion ferreux) Fe3+ (ion ferrique) + eFe3+ (ion ferrique) + e--LesLes ééllééments les plus facilement oxydables : Fe et Mn.ments les plus facilement oxydables : Fe et Mn.

Hydratation/dHydratation/dééshydratationshydratation : perte ou gain de: perte ou gain demolmoléécules dcules d’’eau faisant partie de la structure dueau faisant partie de la structure duminminééralral

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MMééthodes gthodes gééochimiquesochimiquesappliquappliquééeses àà ll’’ONHYMONHYM

1.1. AlluvionnaireAlluvionnaire (g(gééochimie des minochimie des minéérauxrauxlourds)lourds)

2.2. StreamStream sedimentsediment (g(gééochimie des sochimie des séédimentsdimentsde ruisseaux)de ruisseaux)

3.3. SolSol4.4. LithogLithogééochimieochimie

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Alluvionnaire et StreamAlluvionnaire et Stream sedimentsedimentDispersion des minDispersion des minééraux et desraux et des ééllééments chimiques par altments chimiques par altéération desration desfilons minfilons minééralisraliséés et des roches encaissantes et leur entrainement verss et des roches encaissantes et leur entrainement versle ruisseaule ruisseau

Filons minéralisés

Roches encaissantes

Ruisseau

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Alluvionnaire etAlluvionnaire et streamstream sedimentsedimentSites dSites d’é’échantillonnage alluvionnaire etchantillonnage alluvionnaire et streamstream sedimentsediment

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AlluvionnaireAlluvionnaireObjectifsObjectifs : recherche de m: recherche de méétaux lourds (Au, Ag, Pt, Pd, Sn,taux lourds (Au, Ag, Pt, Pd, Sn,

WW……))

Se baseSe base sur lsur l’’analyse chimique et minanalyse chimique et minééralogique desralogique desconcentrconcentréés alluvionnaires (mins alluvionnaires (minééraux lourds)raux lourds) --> pr> prééparparééssparpar pannagepannage des sdes séédiments de ruisseaux prdiments de ruisseaux préélevlevéés ens enaval des cours daval des cours d’’eau. Les mineau. Les minééraux lourds proviennentraux lourds proviennentde la fragmentation physique des roches, ils sontde la fragmentation physique des roches, ils sonttransporttransportéés et ds et dééposposéés par les cours ds par les cours d’’eau sous formeseau sous formesde grains mon oude grains mon ou polyminpolyminééralral. Durant le transport, ces. Durant le transport, cesminminééraux ont des propriraux ont des propriééttéés qui leurs permettent des qui leurs permettent derréésistersister àà ll’’abrasion mabrasion méécanique etcanique et àà ll’’altaltéérationrationchimique.chimique.

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AlluvionnaireAlluvionnaire

9.4Uraninite8.52Diamant8.1Cinabre4.6Covellite8.1Sylvanite7.4Wolframite6Scheelite

10.5Argent19Platine

19.3Or natif

Densités des minéraux

2Sylvite2.26Kaolin2.1Halite2.3Gypse2.6Feldspath2.1Chrysocolle2.7Béryl3Ankérite

2.9Anhydrite2.7Calcite

lourds légers

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AlluvionnaireAlluvionnaire EchantillonnageEchantillonnage : cible: cible --> alluvions> alluvionsdu lit vif du cours ddu lit vif du cours d’’eaueau

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AlluvionnaireAlluvionnaire EchantillonnageEchantillonnage : mat: matéériel utilisriel utiliséé

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AlluvionnaireAlluvionnaire Tamisage de lTamisage de l’é’échantillonchantillon -->>collecte de la fraction < 2 mmcollecte de la fraction < 2 mm

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AlluvionnaireAlluvionnaire PannagePannage de lde l’é’échantillonchantillon --> concentr> concentrééalluvionnaire au fond de la batalluvionnaire au fond de la batééee

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AlluvionnaireAlluvionnaire PannagePannage de lde l’é’échantillonchantillon --> concentr> concentrééalluvionnaire au fond de la batalluvionnaire au fond de la batééee

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StreamStream sedimentsedimentObjectifsObjectifs : recherche de m: recherche de méétaux de base (Pb, Zn, Cu, Sbtaux de base (Pb, Zn, Cu, Sb……))

Se baseSe base sur lsur l’’analyse chimique des sanalyse chimique des séédiments fins dediments fins deruisseaux (argiles, druisseaux (argiles, déépôtspôts silteuxsilteux……) pr) préélevlevéés en aval dess en aval descours dcours d’’eau. Leseau. Les ééllééments chimiques proviennent dements chimiques proviennent dell’’altaltéération chimique des roches puis transportration chimique des roches puis transportéés par less par lescours dcours d’’eau. Ceseau. Ces ééllééments sont fixments sont fixéés par les argiles, less par les argiles, lesoxydes et hydroxydes de feroxydes et hydroxydes de fer……

LL’é’échantillon prchantillon préélevlevéé est tamisest tamiséé sur place pour obtenir lasur place pour obtenir lafraction granulomfraction granuloméétrique inftrique inféérieurerieure àà 180180 mm

Les mLes mééthodes alluvionnaires etthodes alluvionnaires et streamstream sedimentsediment sontsontcomplcompléémentairesmentaires

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Alluvionnaire etAlluvionnaire et streamstream sedimentsedimentReport des sites dReport des sites d’’ééchantillonngagechantillonngage sur une carte desur une carte de

prprééllèèvementvement

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SolSol

ObjectifsObjectifs : recherche de m: recherche de méétaux prtaux préécieux et decieux et debasebasePratiquPratiquééee dans les zones couvertes par un soldans les zones couvertes par un solrréésiduelsiduelSe baseSe base sur lsur l’’analyse chimique des matanalyse chimique des matéériaux deriaux desol prsol préélevlevéés dans ls dans l’’horizon B.horizon B.LL’é’échantillon prchantillon préélevlevéé est tamisest tamiséé sur place poursur place pourobtenir la fraction granulomobtenir la fraction granuloméétrique comprise entretrique comprise entre75 et 18075 et 180 mm

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SolSolO : horizon organique (ouO : horizon organique (ou humushumus)),,

accumulation des daccumulation des déébris vbris vééggéétauxtauxA : contient un taux variable deA : contient un taux variable de

matimatièère organique, appauvri enre organique, appauvri enargile, fer et aluminium parargile, fer et aluminium parlessivage des eaux d'infiltrationlessivage des eaux d'infiltration ::ééluviationluviation..

B : horizon d'accumulationB : horizon d'accumulation desdesééllééments (transformation in situments (transformation in situdes mindes minééraux primaires, apports enraux primaires, apports enprovenance du haut du profil ouprovenance du haut du profil ou

bien latbien latéérauxrauxC :C : horizon d'althorizon d'altéération de la rocheration de la roche

mmèèrere

Profil SolProfil Sol

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SolSolPrPrééllèèvement dvement d’’unun ééchantillon solchantillon sol

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SolSolLes sites de prLes sites de prééllèèvement sont positionnvement sont positionnéés selon unes selon une

grille (exemples : mailles de 1x1 km, 250x250m)grille (exemples : mailles de 1x1 km, 250x250m)

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SolSol

Anomalie en OrAnomalie en Or

< 3

> 30

5-153-5

15-30

Au (ppb)

Mise en évidence d’une anomalie en Or dans le sol résiduel

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SolSolL’anomalie en Or mise en évidence dans le sol résiduel estliée à un corps minéralisé caché (filon aurifère)

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LithogLithogééochimieochimie (g(gééochimie de roche)ochimie de roche)HypothHypothèèse : la mise en place dse : la mise en place d’’un corps minun corps minééralisraliséé

exerce une influence sur son encaissant sousexerce une influence sur son encaissant sousforme dforme d’’une aurune aurééole (halos de dispersion)ole (halos de dispersion)

Elle consiste alorsElle consiste alors àà faire unfaire un ééchantillonnage dechantillonnage deroches selon des profils perpendiculaires auxroches selon des profils perpendiculaires auxstructures gstructures gééologiques afin de mettre enologiques afin de mettre en éévidencevidenceles faciles facièès porteurs de la mins porteurs de la minééralisationralisation

Elle se pratique en surface, dans les trachElle se pratique en surface, dans les trachéées,es,sondages et galeriessondages et galeries --> d> déélimiter les corpslimiter les corpsminminééralisraliséés,s, éétablir la zonalittablir la zonalitéé ggééochimique etochimique etggîîtologiquetologique du site mindu site minééralisraliséé

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LithogLithogééochimieochimie Echantillonnage roche rEchantillonnage roche rééalisaliséé en surface selon desen surface selon desprofils perpendiculaires aux structures gprofils perpendiculaires aux structures gééologiquesologiquespour localiser les horizons minpour localiser les horizons minééralisralisééss

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LithogLithogééochimieochimieLL’’horizon porteur de la minhorizon porteur de la minééralisation mis enralisation mis enéévidencevidence -->> ééchantillonnage de dchantillonnage de déétail pourtail pourlocaliser les facilocaliser les facièès mins minééralisralisééss

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LithogLithogééochimieochimie Mise enMise en éévidence du corps minvidence du corps minééralisralisééet de son auret de son aurééole de dispersionole de dispersion

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Traitement et interprTraitement et interpréétationtationdes donndes donnéées ges gééochimiquesochimiques

Résultats des analyse chimiques

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Traitement et interprTraitement et interpréétationtationdes donndes donnéées ges gééochimiquesochimiques

Statistiques descriptives

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Traitement et interprTraitement et interpréétationtationdes donndes donnéées ges gééochimiquesochimiques

Histogramme de fréquence -> analyse qualitative de lapopulation géochimique totale

La courbe de fréquencesest bimodale => lapopulation géochimiqueest constituée de deuxsous populations

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Traitement et interprTraitement et interpréétationtationdes donndes donnéées ges gééochimiquesochimiques

Partitionnement de la population géochimique totale en souspopulations par la méthode de probabilité cumulative

Evaluation des seuilsanomaliques deséléments ->séparation des souspopulationsanomalique et dufond géochimique

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Traitement et interprTraitement et interpréétationtationdes donndes donnéées ges gééochimiquesochimiques

Statistiques multi-élémentaires : analyses en corrélationstotales -> détermination des associations géochimiques

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Traitement et interprTraitement et interpréétationtationdes donndes donnéées ges gééochimiquesochimiques

Statistiques multi-élémentaires : analyses en composanteprincipale

Déterminationdes associationsgéochimiques

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Traitement et interprTraitement et interpréétationtationdes donndes donnéées ges gééochimiquesochimiques

Report sur carte de distribution des teneurs

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Traitement et interprTraitement et interpréétationtationdes donndes donnéées ges gééochimiquesochimiques

Hiérarchisation des anomalies

Les anomalies géochimiques sont classés selon lescritères suivants :

le groupement des anomaliesle caractère multi-élémentaireles teneurs de chaque élémentla superficie des bassins versants

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Report sur carte des anomalies mon-élémentaires

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Traitement et interprTraitement et interpréétationtationdes donndes donnéées ges gééochimiquesochimiques

Report sur carte des anomalies multi-élémentaires(carte de synthèse)