Contexte géologique et importance économiqueEdit
Les gisements de cuivre porphyrique représentent une ressource importante et la source dominante de cuivre qui est exploitée aujourd’hui pour satisfaire la demande mondiale. Via la compilation de données géologiques, il a été constaté que la majorité des gisements porphyriques sont d’âge phanérozoïque et ont été mis en place à des profondeurs d’environ 1 à 6 kilomètres avec des épaisseurs verticales en moyenne de 2 kilomètres. Tout au long du Phanérozoïque, on estime que 125 895 gisements de cuivre porphyriques se sont formés ; cependant, 62% d’entre eux (78 106) ont été éliminés par le soulèvement et l’érosion. Ainsi, 38% (47 789) restent dans la croûte, dont 574 gisements connus qui sont à la surface. On estime que les gisements de cuivre porphyrique de la Terre contiennent environ 1,7×1011 tonnes de cuivre, ce qui équivaut à plus de 8 000 ans de production minière mondiale.
Les gisements porphyriques représentent une ressource importante de cuivre ; cependant, ils sont également des sources importantes d’or et de molybdène – les gisements porphyriques étant la source dominante de ce dernier. En général, les gisements porphyriques se caractérisent par de faibles teneurs en minerai, un complexe intrusif porphyrique qui est entouré d’un stockwork de veines et de brèches hydrothermales. Les gisements porphyriques se forment dans des environnements liés à des arcs et sont associés à des magmas de zone de subduction. Les gisements de porphyre sont regroupés dans des provinces minérales distinctes, ce qui implique qu’il existe une certaine forme de contrôle géodynamique ou d’influence crustale affectant l’emplacement de la formation du porphyre. Les gisements de porphyre ont tendance à se produire dans des ceintures linéaires, parallèles à l’orogène (comme les Andes en Amérique du Sud).
Il semble également y avoir des périodes discrètes dans lesquelles la formation de gisements de porphyre était concentrée ou préférée. Pour les gisements de cuivre-molybdène porphyrique, la formation est largement concentrée dans trois périodes de temps : Paléocène-Éocène, Éocène-Oligocène et Miocène-Pliocène moyen. En ce qui concerne les gisements d’or porphyriques et épithermaux, ils se situent généralement dans la période allant du Miocène moyen à la période récente, mais il existe des exceptions notables. La plupart des gisements porphyriques à grande échelle ont un âge inférieur à 20 millions d’années, mais il existe des exceptions notables, comme le gisement de Cadia-Ridgeway en Nouvelle-Galles du Sud, vieux de 438 millions d’années. Cet âge relativement jeune reflète le potentiel de préservation de ce type de gisement, car ils sont généralement situés dans des zones de processus tectoniques et géologiques très actifs, tels que la déformation, le soulèvement et l’érosion. Il se peut cependant que la distribution asymétrique vers la plupart des gisements ayant moins de 20 millions d’années soit au moins partiellement un artefact de la méthodologie d’exploration et des hypothèses du modèle, car de grands exemples sont connus dans des zones qui étaient auparavant laissées seulement partiellement ou sous-explorées en partie en raison de leurs âges de roche hôte perçus comme plus anciens, mais qui se sont ensuite avérées contenir de grands exemples de classe mondiale de gisements de cuivre porphyrique beaucoup plus anciens.
Magmas et processus mantelliquesEdit
En général, la majorité des grands gisements porphyriques sont associés à des intrusions calco-alcalines, bien que certains des plus grands gisements riches en or soient associés à des compositions magmatiques calco-alcalines à forte teneur en K. De nombreux gisements de cuivre-or porphyriques de classe mondiale sont hébergés par des intrusions à forte teneur en K ou shoshonitiques, comme la mine de cuivre-or de Bingham aux États-Unis, la mine de cuivre-or de Grasberg en Indonésie, la mine de cuivre-or de Northparkes en Australie, la mine de cuivre-or d’Oyu Tolgoi en Mongolie et la perspective de cuivre-or de Peschanka en Russie.
On pense classiquement que les magmas responsables de la formation des porphyres sont générés par la fusion partielle de la partie supérieure de dalles calées post-subduction, altérées par l’eau de mer. La subduction à faible profondeur de jeunes dalles flottantes peut entraîner la production de laves adakitiques par fusion partielle. Par ailleurs, les biseaux mantelliques métasomatisés peuvent produire des conditions fortement oxydées qui entraînent la libération de minéraux sulfurés (cuivre, or, molybdène), qui peuvent alors être transportés vers les niveaux supérieurs de la croûte. La fusion du manteau peut également être induite par les transitions entre marges convergentes et marges transformantes, ainsi que par l’abaissement et le retrait vers la tranchée de la dalle subduite. Cependant, la croyance la plus récente est que la déshydratation qui se produit à la transition blueschiste-eclogite affecte la plupart des dalles subductées, plutôt qu’une fusion partielle.
Après déshydratation, les fluides riches en solutés sont libérés de la dalle et métasomatisent le coin mantellique sus-jacent de l’asthénosphère de type MORB, l’enrichissant en volatiles et en éléments lithophiles à grands ions (LILE). On pense actuellement que la génération des magmas andésitiques se fait en plusieurs étapes, et qu’elle implique la fusion crustale et l’assimilation de magmas basaltiques primaires, le stockage du magma à la base de la croûte (sous-plateau par un magma mafique dense lors de sa remontée), et l’homogénéisation du magma. Le magma sous-plaqué va apporter beaucoup de chaleur à la base de la croûte, induisant ainsi une fusion crustale et une assimilation des roches crustales inférieures, créant une zone d’interaction intense entre le magma mantellique et le magma crustal. Ce magma en évolution progressive va s’enrichir en volatiles, en soufre et en éléments incompatibles – une combinaison idéale pour la génération d’un magma capable de générer un gisement de minerai. À partir de ce point dans l’évolution d’un gisement porphyrique, des conditions tectoniques et structurelles idéales sont nécessaires pour permettre le transport du magma et assurer sa mise en place dans les niveaux crustaux supérieurs.
Contrôles tectoniques et structurelsModifier
Bien que les gisements porphyriques soient associés au volcanisme d’arc, ils ne sont pas les produits typiques de cet environnement. On pense que les changements tectoniques agissent comme un déclencheur de la formation de porphyre. Il existe cinq facteurs clés qui peuvent donner lieu au développement de porphyres : 1) une compression empêchant l’ascension du magma à travers la croûte, 2) une chambre magmatique peu profonde plus grande qui en résulte, 3) un fractionnement accru du magma accompagné d’une saturation volatile et de la génération de fluides magmatiques-hydrothermaux, 4) la compression restreint les ramifications de se développer dans la roche environnante, concentrant ainsi le fluide dans un seul stock, et 5) un soulèvement et une érosion rapides favorisent la décompression et le dépôt efficace et éventuel du minerai.
Les gisements porphyriques sont couramment développés dans les régions qui sont des zones de subduction à faible angle (dalle plate). Une zone de subduction qui passe d’une subduction normale à une subduction plate puis à une subduction normale produit une série d’effets qui peuvent conduire à la génération de gisements de porphyre. Dans un premier temps, on observe une diminution du magmatisme alcalin, un raccourcissement horizontal, une hydratation de la lithosphère au-dessus de la dalle plate et un faible flux thermique. Lors d’un retour à une subduction normale, l’asthénosphère chaude interagira à nouveau avec le manteau hydraté, provoquant une fusion humide, la fusion de la croûte s’ensuivra lors du passage de la fonte du manteau, ainsi qu’un amincissement et un affaiblissement de la lithosphère en raison de l’augmentation du flux thermique. La dalle en subduction peut être soulevée par des dorsales asismiques, des chaînes de monts sous-marins ou des plateaux océaniques – ce qui peut fournir un environnement favorable au développement d’un gisement porphyrique. Cette interaction entre les zones de subduction et les caractéristiques océaniques susmentionnées peut expliquer le développement de multiples ceintures métallogéniques dans une région donnée ; car chaque fois que la zone de subduction interagit avec l’une de ces caractéristiques, elle peut conduire à la genèse du minerai. Enfin, dans les arcs insulaires océaniques, la subduction de la dorsale peut conduire à l’aplatissement de la dalle ou au renversement de l’arc ; tandis que, dans les arcs continentaux, elle peut conduire à des périodes de subduction de la dalle plate.
Il a été démontré que le renversement de l’arc précède légèrement la formation des gisements porphyriques dans le Pacifique sud-ouest, après un événement de collision. Le renversement d’arc se produit en raison de la collision entre un arc insulaire et soit un autre arc insulaire, soit un continent, soit un plateau océanique. La collision peut entraîner la fin de la subduction et ainsi induire la fusion du manteau.
Les gisements de porphyre n’ont généralement pas de contrôles structurels requis pour leur formation ; bien que des failles et linéaments majeurs soient associés à certains. La présence de systèmes de failles intra-arc est bénéfique, car ils peuvent localiser le développement des porphyres. De plus, certains auteurs ont indiqué que la présence d’intersections entre des zones de failles transversales à l’échelle du continent et des structures parallèles à l’arc est associée à la formation de porphyres. C’est en fait le cas des gisements de cuivre porphyrique de Los Bronces et El Teniente au Chili, chacun d’entre eux se trouvant à l’intersection de deux systèmes de failles.