| Résumé | (Sommaire)
Près de la rive sud du Grand lac des Esclaves, dans le sud des Territoires du Nord-Ouest, se trouve un complexe de barrières carbonatées du Dévonien moyen, appelé « barrière de
Presqu'ile »; ce complexe a été abondamment dolomitisé et renferme un grand nombre de corps minéralisés en plomb-zinc qui constituent le gisement de Pine Point de classe mondiale. Ce gisement est de type Mississippi-Valley, et il montre donc des
similitudes avec un certain nombre de gisements de plomb-zinc définis à l'origine dans la vallée du fleuve Mississippi, dans le centre des États-Unis. Les gisements de type Mississippi-Valley sont des amas stratoïdes de sulfures encaissés dans des
roches carbonatées et principalement composés de galène et de sphalérite. Ces gisements épigénétiques se retrouvent principalement dans de la dolomie, sous forme de matériaux de remplissage de cavités dans des brèches d'effondrement ou, moins
couramment, comme corps de remplacement dans les zones de minerai à forte teneur. Les minerais émanent de saumures de bassin à des températures entre 75 et 200°C et se sont généralement accumulés dans des plates-formes carbonatées dans des bassins
sédimentaires épicratoniques relativement non déformés. Les gisements se présentent en groupes et ces zones d'occurrences concentrées forment des districts à minéralisations de type Mississippi-Valley. Les gisements trouvés dans ces districts
présentent de manière caractéristique des similitudes saisissantes dans leurs associations de minéraux, leur composition isotopique, leur texture et leurs facteurs de minéralisation. Partout dans le nord de l'Alberta et le sud des Territoires du
Nord-Ouest, de vastes et nombreuses successions carbonatées épaisses sont présentes dans le biseau de strates de plate-forme cratonique du Bassin sédimentaire de l'Ouest du Canada. Ces roches encaissantes potentielles ont été identifiées par des
partenaires fédéraux, provinciaux et territoriaux comme étant des strates offrant un potentiel minéral accentué et exigeant par conséquent une évaluation plus poussée. Un projet a donc été proposé dans le cadre de l'Initiative géoscientifique ciblée
pour mener l'étude intégrée et exhaustive du potentiel en minéralisation de type Mississippi-Valley dans ce secteur. Le présent volume fait état des divers aspects et résultats de ce projet. Le but premier du projet était la délimitation et
l'évaluation de l'origine, de la répartition et de la présence éventuelle des gisements de plomb-zinc encaissés dans des roches carbonatées dans la région, ainsi que l'établissement des relations entre l'écoulement des fluides et la mise en place du
minerai, d'une part, et le contexte stratigraphique, structural et diagénétique régional, d'autre part. La source, le trajet d'écoulement et la chronologie des mouvements des fluides ainsi que leur incidence sur la minéralisation ont été des points
importants à examiner. La relation entre la minéralisation stratoïde de type Mississippi-Valley à Pine Point et le contexte stratigraphique régional, ainsi que l'évaluation des caractéristiques structurales critiques pour la migration des fluides et
la mise en place du minerai sont des facteurs primordiaux à prendre en considération lors de l'identification des régions ou des strates d'un plus grand un potentiel minier ailleurs dans la région du projet. En général, à Pine Point, les corps
minéralisés se rencontrent uniquement dans des zones de faiblesse ou dans des lignes charnières où de vastes réseaux de paléokarsts interconnectés se sont développés. À l'intérieur de ces réseaux paléokarstiques, des amoncellements de minerais
prismatiques et tabulaires se sont accumulés dans des brèches dolomitiques issues de l'hydrothermalisme. La lithologie encaissante la plus commune pour les corps minéralisés de type Mississippi-Valley à Pine Point est la dolomie vacuolaire à grain
grossier de Presqu'ile, un vaste faciès de dolomie diagénétique secondaire qui s'est accumulée relativement tardivement dans l'histoire paragénétique du complexe de barrières de Presqu'ile. Un élément critique de l'étude des gisements de type
Mississippi-Valley dans l'Ouest du Canada et ailleurs est le rôle important joué par la structure dans la formation et la mise en place des corps minéralisés en sulfures. Les modèles génétiques répandus sont l'écoulement, engendré par la compaction
ou par des zones d'alimentation, de saumures métallifères dans les aquifères du Bassin sédimentaire de l'Ouest du Canada, ainsi que la précipitation des minéraux métallifères dans des plate-formes carbonatées en périphérie. Ces modèles hydrologiques
supposent un rôle important pour la stratigraphie dans la mise en place des sulfures et un rôle relativement mineur pour les structures. Dans de tels modèles, les failles peuvent décaler les paléoaquifères ou offrir des lieux de mélange des fluides.
Dans le présent volume, des arguments sont avancés en faveur d'une relation directe entre, d'une part, les gisements de type Mississippi-Valley et la dolomite hydrothermale à laquelle ils sont étroitement associés et, d'autre part, les processus dans
les zones de failles dans tout le Bassin sédimentaire de l'Ouest du Canada. Des observations géologiques de divers indices de plomb-zinc, corroborées par des données géochimiques et structurales, donnent à penser qu'il y a eu canalisation structurale
des fluides dolomitisants et minéralisateurs dans des roches carbonatées déformées. Dans la zone de plissement et de chevauchement des Rocheuses, les isotopes radiogéniques du strontium et du plomb dans les sulfures indiquent des signatures du socle.
Au site de Pine Point, le strontium radiogénique dans la dolomite hydrothermale et un groupe d'isotopes non radiogéniques du plomb dans des sulfures correspondent directement avec les signatures isotopiques observées dans les indices subsuperficiels
de type Mississippi-Valley sus-jacents à des zones de failles du socle, ce qui pourrait indiquer une même source dans le socle. Les propriétés chimiques et isotopiques des fluides parentaux des gisements de type Mississippi-Valley sont compatibles
avec la convection d'eaux de mer et de saumures dans des aquifères verticaux limités par des failles, avec une forte interaction entre l'eau et les roches du socle, avec un lessivage de métaux du socle et avec la libération concentrée de solutions
hydrothermales et métallifères le long de zones linéaires de terrains de couverture carbonatés déformés. Ces processus dans les « zones de failles » peuvent expliquer la répartition linéaire des indices de type Mississippi-Valley aux échelles locale
et régionale et auraient plus efficacement distribué les solutés dans les terrains de couverture carbonatés qu'une unique chasse à travers les strates clastiques, comme le proposent les modèles d'écoulement des fluides de bassin. Si cette hypothèse
s'avère juste, l'identification des tendances structurales dans la région du projet aura une valeur prévisionnelle très utile dans le cadre des travaux d'exploration à la recherche de gisements de type Mississippi-Valley. Dans l'optique de ce
discours, une série de cartes des structures subsuperficielles et des isopaches de la région du projet révèlent d'abruptes inflexions des isopaches correspondant avec des failles et des zones de failles reconnues préalablement. Il est important de
souligner que cet exercice de cartographie a révélé l'existence de nouvelles entités qui sont souvent en corrélation avec des failles subverticales dont l'existence a été déduite à partir de données sismiques et aéromagnétiques. L'interprétation des
données sismiques confirme l'existence d'un vaste réseau orthogonal de structures qui auraient fortement influencé l'évolution des faciès au Dévonien moyen et l'orientation du rebord du banc carbonaté. Les levés sismiques ont en outre révélé une
étroite association entre la répartition de dolomite hydrothermale et les entités structurales dans la région. L'étroite association de certains types de dolomite avec la minéralisation de type Mississippi-Valley au site de Pine Point fait l'objet
d'une série d'articles dans le présent volume sur les variétés de dolomite, leurs caractéristiques, leur répartition et leurs propriétés géochimiques et isotopiques. L'étude détaillée de la pétrographie, de la géochimie et de la microthermométrie des
inclusions fluides des différents types de dolomite, des ciments carbonatés et des sulfures a fourni des informations précieuses sur les caractéristiques des fluides parentaux et sur les conditions paléoenvironnementales qui régnaient pendant le
dépôt. Les phases carbonatées antérieures à la minéralisation consistent en une dolomite matricielle précoce à cristaux fins et en une dolomite matricielle tardive à cristaux de taille moyenne. Les analyses géochimiques de ces phases carbonatées
révèlent que la dolomite précoce s'est formée au niveau du fond océanique, ou juste en dessous, à partir d'eau de mer du Dévonien moyen. Des conditions d'enfouissement à faible profondeur ont dominé pendant la dolomitisation en cristaux de taille
moyenne. Au site de Pine Point, un faciès diagénétique appelé « dolomie de Presqu'ile » est étroitement associé à la minéralisation de type Mississippi-Valley; il s'agit d'une roche vacuolaire à gros cristaux dont les vacuoles sont remplies
partiellement ou entièrement par des ciments de dolomite en forme de selle. Cette dolomite matricielle de la phase de minéralisation de même que des ciments de dolomite secondaire en forme de selle et des sulfures de sphalérite et de galène se
caractérisent par un appauvrissement en oxygène 18 et un léger appauvrissement en carbone 13; ils présentent des rapports des isotopes du strontium similaires à ceux observés au site de Pine Point. La signature isotopique appauvrie en oxygène 18, qui
est un indice de précipitation à des températures plus élevées, est corroborée par des températures élevées d'homogénéisation des inclusions fluides. De plus, les températures de fusion finales de ces inclusions indiquent que les fluides
dolomitisants étaient des saumures hypersalées alors que les températures eutectiques ou températures de fusion initiales portent à croire que ces fluides seraient dérivés du système salin NaCl-CaCl2-H2O. Ainsi, les minéraux de la phase de
minéralisation seraient dérivés de fluides de bassin qui étaient enfouis en profondeur et soumis à des processus diagénétiques à basse température. Les analyses chimiques des inclusions fluides dans la sphalérite et la dolomite indiquent que le
fluide porteur était composé de saumures denses. Ces dernières étaient enrichies en brome comparativement à de l'eau de mer, ce qui fait penser que les fluides parentaux se seraient formés à partir d'eau de mer fortement évaporée et non pas d'eau de
mer ordinaire. Les cations dominants dans les inclusions sont le calcium et le sodium. Ces saumures riches en calcium et en sodium sont similaires aux saumures des champs de pétrole. Toutefois, les rapports K/Na sont plus élevés dans les gisements de
type Mississippi-Valley que dans les saumures des champs de pétrole, ce qui indique que les fluides minéralisés des dépôts de type Mississippi-Valley sont davantage dérivés de l'eau de mer ou sont composés en partie de fluides interstitiels provenant
de couches d'évaporites enrichies en potassium résiduel. Le dépôt de la dolomite de la phase de minéralisation est postérieur à l'enfouissement en profondeur. Les indices d'une dolomitisation postérieure à l'enfouissement comprennent les relations de
recoupement de la dolomite et des fabriques sédimentaires, les limites de formations et les discordances. En outre, la dolomite de la phase de minéralisation remplace la sparite en blocs antérieurement formée dans la subsurface, recoupe des
stylolites, est plus appauvrie en oxygène 18 - ce qui témoigne de températures de précipitation plus élevées - et renferme des inclusions liquides biphasées et des inclusions de pétrole fluorescentes, qui dénotent tous un enfouissement en
profondeur. La microthermométrie des inclusions fluides dans la sphalérite et la dolomite de la phase de minéralisation révèle que les températures de remplissage par des fluides sont trop élevées pour être uniquement attribuables à l'enfouissement;
la présence d'anomalies thermiques serait donc nécessaire dans les régions dont le potentiel en minéralisation de type Mississippi-Valley est plus élevé. L'étude de la maturité thermique de la matière organique au site de Pine Point révèle un
contraste marqué entre la matière organique indigène thermiquement immature dans les roches carbonatées encaissantes et les bitumes et pyrobitumes matures à hypermatures adjacents ou inhérents aux corps minéralisés. Des échantillons d'eau de source
saumâtre prélevés dans le nord de l'Alberta se composent principalement de NaCl avec des concentrations élevées de sulfates et de calcium. Des échantillons d'eau prélevés dans la région de Wood Buffalo sont saturés en halite et en gypse, alors que
des saumures provenant de la région de Fort McMurray sont en général sous-saturées en ces minéraux, ce qui n'est pas étonnant vu l'absence de dépôts évaporitiques dans cette région. D'importantes différences entre les eaux de formation dévoniennes
dans le nord de l'Alberta et celles de Pine Point sont évidentes dans ces échantillons d'eau de source contemporaine. La plage de rapports des ions persistants Br/Cl dans les eaux de formation dévoniennes indique que l'eau de mer d'origine se serait
évaporée au-delà de la saturation en halite, donnant ainsi lieu à un enrichissement en brome. Par contre, les eaux de source présentent de faibles rapports Br/Cl, ce qui suggère qu'elles sont dérivées de la dissolution de halite. La présence
d'anomalies thermiques dans la partie nord de la région à l'étude est confirmée par des mesures de flux thermiques anomaux qui dépassent 90 m/Wm². L'anomalie est très probablement reliée à des zones de dégagement accru de chaleur par des roches du
socle qui sont relativement riches en minéraux radiogéniques dans la croûte supérieure. Le flux thermique dans le socle est plus important que l'apport moyen de chaleur dans le socle précambrien et explique les températures d'enfouissement maximales
élevées obtenues à partir des températures d'homogénéisation de la dolomite en forme de selle. Des études antérieures ont décrit une diminution générale en direction de l'ouest des concentrations d'oxygène 18 avec l'augmentarion associée des
températures d'homogénéisation, de même qu'une augmentation du rapport des isotopes du strontium dans les carbonates de la phase de minéralisation le long de la barrière de Presqu'ile depuis Pine Point dans le sud des Territoires du Nord-Ouest jusque
dans le nord-est de la Colombie Britannique. Ces tendances géochimiques spatiales ont été attribuées respectivement à des fluides dolomitisants de température plus élevée et à l'influence des sources silicoclastiques. Les données du présent volume
remettent en question ces tendances et indiquent plutôt une répartition spatiale assez variée et irrégulière des signatures des isotopes stables et radiogéniques. La dolomite non minéralisée et dépourvue de sulfures ne présente aucune diminution vers
l'ouest des concentrations d'oxygène 18 alors que la dolomite minéralisée présente en fait une augmentation vers l'ouest de ces concentrations. Cet agencement très variée des signatures isotopiques remet en question les modèles paléohydrologiques qui
proposent des tendances spatiales uniformes appropriées. Une cathodoluminescence marbrée a été observée dans une bonne partie de la dolomite de la région à l'étude, ce qui porte à croire qu'il y a eu recristallisation de la dolomite lors de
l'enfouissement progressif. Des caractéristiques géochimiques et pétrographiques variables, même à l'emplacement de forages individuels, donnent à penser que la recristallisation lors de l'enfouissement progressif a été erratique et pourrait avoir
été davantage influencée par les textures préexistantes de la roche que par l'emplacement géographique. Les observations présentées ici suggèrent que la dolomitisation pendant la phase de minéralisation pourrait être associée à la circulation des
fluides dans des failles de distension et des réseaux karstiques interstitiels qui se sont développés dans la barrière de Presqu'ile. Ces réseaux pourraient avoir facilité l'écoulement de fluides à travers les formations et la formation de vastes
cellules de convection résultant des variations spatiales du flux thermique de base relativement élevé. Le recyclage continuel, par des flux de convection thermique, des saumures connées riches en magnésium et dérivées d'eau de mer représenterait un
mécanisme possible menant à la formation régionale et répandue de dolomite hydrothermale dans du calcaire poreux sus-jacent à de la dolomie dense. Des brèches stratiformes à ciment dolomitique ou un paléokarst tabulaire se forment dans les parties
subhorizontales supérieures des cellules de convection. Dans les zones de mouvement ascendant des fluides, qui peuvent être associées à des zones de failles, des corps de dolomite en forme de cheminée s'étendent vers le haut depuis des horizons
tabulaires jusqu'à des niveaux sous des roches silicoclastiques imperméables sus-jacentes, formant ainsi un paléokarst prismatique. La variabilité des données isotopiques, même à l'échelle du forage, peut être attribuée à une variation temporelle ou
spatiale du flux thermique ou au degré de recristallisation en fonction de l'interaction fluide-roche. Une augmentation importante en isotopes radiogéniques du strontium à proximité de la zone de cisaillement du Grand lac des Esclaves donne à penser
que les mouvements de fluides dans la zone auraient joué un rôle clé. La présence de strontium radiogénique témoigne d'une dérivation à partir des roches de socle; la zone de cisaillement s'est avérée propice à la circulation ascendante des fluides
hydrothermaux depuis le socle et à la précipitation de dolomite hydrothermale et de sulfures dans les successions carbonatées poreuses sus-jacentes. Une signature distinctive et homogène en isotopes non radiogéniques du plomb caractérise les
sulfures du district de Pine Point tout comme les échantillons de sulfures recueillis à proximité de la zone de cisaillement du Grand lac des Esclaves, dans le nord-ouest de l'Alberta et à l'intérieur du rentrant de Cordova. La présence de ce groupe
d'isotopes de plomb, dont la signature est différente de celle des isotopes radiogéniques dans les roches carbonatées de la Cordillère, n'avait pas été prévue près de la zone de cisaillement et dans le rentrant. La signature non radiogénique homogène
fait penser qu'il y a eu une source unique de plomb, ou encore un mélange complet après l'extraction depuis plusieurs sources. La calcite formée après la minéralisation, contrairement à celle formée avant, présente des signatures appauvries en
oxygène 18 et en carbone 13. Les températures de précipitation plus élevées associées à l'appauvrissement en oxygène 18 sont attribuables à l'enfouissement. Les températures de fusion des inclusions fluides dans cette calcite enfouie indiquent un
fluide parental de salinité moindre et dont la composition des saumures est différente (NaCl-H2O) de celles des phases carbonatées antérieures. Les températures d'homogénéisation dans la calcite de formation tardive sont généralement inférieures à
celles de la dolomite en forme de selle. Des températures de remplissage moins élevées et une salinité réduite pourraient avoir été causées par l'apport ultérieur d'eaux météoriquex et le mélange avec ces eaux. La cartographie des entités
géologiques favorables, les levés géochimiques en surface et les levés géophysiques sont des méthodes d'exploration des gisements de type Mississippi-Valley dans la région du projet. Les entités géologiques caractéristiques identifiées au moment de
l'exploration à fond du site de Pine Point devraient pouvoir servir pour l'exploration à la recherche de gisements de type Mississippi-Valley ailleurs dans la région du projet. Elles comprennent les successions de plates-formes carbonatées sur les
flancs de grands bassins sédimentaires profonds, les discordances, les paléokarsts, le bombement ou la flexion du socle sous-jacent pouvant définir des zones de mouvements accrus de fluides, les failles du socle, les successions de dolomie associées
à des strates d'évaporites et à de la matière organique, les zones hautement perméables et poreuses, la dolomite spathique blanche et les brèches d'effondrement. La plupart des gisements de type Mississippi-Valley ne présentent qu'une signature
géochimique mineure en raison d'une dispersion primaire restreinte dans les roches carbonatées environnantes des éléments liés dans la sphalérite ou la galène. Toutefois, lorsqu'il y a altération suffisante des sulfures, les sols et les sédiments des
cours d'eau à proximité des gisements de sulfures peuvent contenir des concentrations anomales de plomb, de zinc ou de fer. Au site de Pine Point, les anomalies en zinc sont importants dans les sédiments lacustres et les sols mais ne sont pas toutes
associées à des corps minéralisés. Les unités majeures de shale riche en matière organique ont des concentrations de fond de zinc d'un même ordre de grandeur que les anomalies associées à des corps minéralisés. Généralement, le même shale présente de
faibles concentrations de plomb. Ainsi, les zones d'anomalies composites de plomb-zinc peuvent indiquer la présence de minéralisations en sulfures de type Mississippi-Valley. Les méthodes géophysiques appliquées à l'échelle régionale comme les levés
sismiques, gravimétriques et magnétiques ont permis d'identifier des hauteurs du socle et des failles subsuperficielles. Les méthodes appliquées à l'échelle de la propriété sont d'une utilité limitée en raison de la tendance du minerai de type
Mississippi-Valley à remplir des cavités, là où des minéraux de gangue et la sphalérite tronquent le passage de courant entre minéraux conducteurs, limitant ainsi l'utilité des levés de potentiel spontané et des levés électromagnétiques. Toutefois,
la polarisation provoquée s'est avérée être un outil efficace dans la recherche de nouveaux corps minéralisés à Pine Point, mais uniquement lorsque qu'il y a une présence suffisante de minéraux conducteurs. Si un corps minéralisé contient
principalement de la sphalérite avec de faibles quantités de galène, de marcasite ou de pyrite, le signal de polarisation provoquée est trop faible et ne permet pas l'identification certaine d'un corps minéralisé. La prospection gravimétrique s'est
avérée utile comme outil complémentaire à la polarisation provoquée pour la détection des corps minéralisés riches en sphalérite à Pine Point en raison du contraste important entre les densités de la sphalérite et de la roche encaissante. La
cartographie du potentiel minier en gisements de type Mississippi-Valley du district de Pine Point a été évaluée sur le plan conceptuel par l'application d'entités génétiques critiques à des indications empiriques de minéralisation comme les corps
minéralisés, les indices de sulfures visibles dans les affleurements ou les carottes ou la présence de zones d'anomalies géochimiques. Les éléments critiques d'un système de type Mississippi-Valley d'échelle régionale sont tous associés à
l'écoulement de fluides durant l'évolution dynamique des bassins. Les cinq éléments essentiels qui caractérisent un système hydrothermal régional sont l'énergie, une source de ligand, une source de métaux, des voies de cheminement et des zones
pièges. On ne peut prévoir l'existence des trois premiers éléments en raison de la controverse entourant ces sources dans les différents modèles génétiques. Toutefois, il est possible de prévoir les voies de cheminement et les zones pièges, ces
éléments étant reliés à des entités structurales et stratigraphiques spécifiques associés à la mise en place des gisements de type Mississippi-Valley. Parmi ces entités on compte les failles et les linéaments majeurs du socle, les aquifères
carbonatés, les hauteurs du socle, les sites de débit ou de déversement des fluides et les zones d'altération. |