Contrôle et modèle génétique de minéralisations en galène de type »Red-Beds«

Mineral. Deposita (Berl.) 3, 261--271 (1968)

Contr61e et module g6n6tique de min6ralisations en gal~ne de type ~Red-Beds<~ Gisement de Largenti~re-Ard~che, France

j . c . SA~aAMA

Laborato i re de G6ologie Appliqu6e, E. N. S. G. , Nancy

The peneconcordant Pb--Zn mineralisations of Largenti~re mine are related to 5 horizons of a continental detritic formation (Buntsandstein) lying on an Hercynian basement (Massif-Central). At a regional scale, heavy metals are ordered along an edge which marks the border of a penesalin basin, but worked ore bodies are strictly controled by local paleotopography determined by sedimentological features of argilaceous interbeds. Detailed observations indicate that a metal deposition did occur immediately after the underlying sediments. The whole of the observations and elementary interpretations are logically interpreted as the result of heavy metals fixation along an interface between continental and sulphatic and reducing water related to the basin. This paleohydrogeological scheme allows us to select basal criteria of that type of deposits.

Les min4ralisations Pb--Zn p4nfconcordantes du gisement de Largenti6re sont li4es ~t 5 niveaux d'une formation d6tritique continentale (Buntsandstein) qui repose sur le socle hercynien (Massif-Central). Si ~ l'4chelle r6gionale, les m&aux lourds se disposent le long d'une frange qui marque la bordure d'un bassin p4n4salin, les corps exploit6s ~ Largenti~re sont sous l'6troite d4pen- dance de la pal6otopographie locale reconstitute ~t partir des formes sfdimen- tologiques des interlits argileux. Les observations de d6tail indiquent une mise en place des m&aux imm~diatement post4rieure au d6p6t des sfdiments qui les supportent. L'ensemble des observations et interpretations imm4diates s'explique logiquement par une fixation des sulfures le long de l'interface entre une nappe phr4atique continentale et une nappe sulfat4e, r4ductrice et li4e au bassin. Ce modhle pal6ohydrog4ologique permet de s~lectionner les crit4res fondamentaux de ce type de gisement.

L '~tude des gisements de m6taux lourds li~s aux strates s 'appuie sans cesse davantage sur la recherche et la d6finition des sites ou pi~ges auxquels sont s tat is t iquement li~s les gisements de ce type. Les environnements locaux part i - culiers qui cor respondent ~ ces sites sont, clans une large mesure semble-t-il , d6j/t recens~s mais leur connaissance aussi impor tante soit-elle sur le p lan de la prospect ion on de la m~tallog&nie, ne saurait const i tuer qu 'une &ape de notre savoir : il faut chercher ~ appr~hender les rela- t ions g~n&iques entre le pi6ge (site) et son contenu (gisement).

Le bu t de cette note est pr6cis6ment de d~crire un pi&ge plombif~re souvent mfconnu, le chenal en milieu gr6so-conglom6rat ique continental, et de tenter d '6tablir - - ~ par t i r de ces donnfes - - un module de la raise en place des concentrat ions qui y sont li6es. Le gisement de Largenti~re (Ard6che, France) 1 sert de suppor t concret ~ cet essai.

1 Gisement exploit6 par la Soci6t6 Mini~re et M&aUurgique de Pefiarroya qui a bien voulu auto- riser la publication de ces travaux r6alis6s dans le cadre des Actions Concert6es de la D616gation G6n6rale ~t la Recherche Scientifique et Technique.

262 J.C. SAMA~:A

I. Cadre regional

Le cadre regional du gisement de Largenti~re a fait l 'objet d'une Etude dEtail16e dont les rEsul- tats sont plubliEs par ailleurs (B~RNARD et SAMAMA 1968), et seules les conclusions palEo- gEographiques essentielles en sont reprises ici. Les minErallsations EtudiEes apparaissent g la base des formations sEdimentaires mEsozoiques qui bordent le flanc Sud-Est du Massif Central. I1 s'agit d'un ensemble complexe de rudites et d'arEnites siliceuses, accessoirement de lufites attribu6es au Buntsandstein. LimitEes ~ l'Ouest par le domaine hercynien du Massif-Central, PEst par les series plus rEcentes qui plongent vers la vallEe du Rh6ne, fracturEes essentiellement au Tertiaire (post-Plioc~ne irffErieur), ces formations ne forment plus qu'un Etroit et dis- continu lisEr6 d'affleurements (fig. 1).

Fig. 1. Carte schtmatique de la bordure Sud-Est du Massif-Central

La palEogEographie de cette unite a pu ntan- moins 8tre cernEe avec prEdsion. I1 s'agit d'un eomplexe continental de type pEdiplaine oh le ruissellement en nappe (ou sheet flood) est tr~s frequent. La partie amont (pEdiment ou glacis) est mal connue du h i t des Erosions postErieures, mais la pattie aval, en particulier la limite tou-

jours floue entre la ptdiplaine et un ou plusieurs bassins sales se dessinent plus aisEment; c'est en effet une zone de variation tr~s rapide de la cimentation des roches d&ritiques qui consti- tuent le dEp6t: d'Ouest en Est, c'est-~t-dire du Massif-Central vers la vallEe du Rh6ne, c'est-/~- dire aussi de la pEdiplaine vers le bassin, on y observe le relai des ciments argileux par le quartz associE ~ la gal~ne et k la blende puis par la dolomite et enfin par les Evaporites (gypse et anhydrite); la zonation de ces ciments, quoi- que delicate ~ observer du fait des relais pro- gressifs et des indentations des facies, se rEvble constante ~ l'Echelle r~gionale: elle fournit un excellent contr61e regional des minEralisations sulfurEes et reprEsente ~ ce titre l'EiEment essen- tiel des prospections rEgionales des mttaux lourds dans le Buntsandstein. L'ensemble de cette formation tEmoigne de conditions fran- chement rEductrices du milieu (eouleur grise verte, reste de matitres organiques, presence de sulfures . . .). En fait, il h u t nuancer quelque peu cette description car bien clue la formation d&ritique soit peu 6paisse (50 m e n moyenne) elle tE- moigne d'une Evolution physiographique de la base au sommet: ~ un milieu d'Epandage en nappe, succ~de en effet un environnement de type fluvio-delta'fque et paralltlement, les ciments Evoluent assez sensiblement d'une dominante quartzo-argileuse vers des facies oh les carbonates sont presents bien que toujours peu abondants. Alors que les ciments argileux bien dtveloppEs correspondent ~ des formations nettement continentales, les ciments d'anhydrite et de dolomite tEmoignent d'un bassin ~ caract~res pEnEsalins (au seas de L. L. SLoss 1953) et les ciments de quartz et sulfures correspondent approximativement ~ la limite entre bassin et domaine essentiellement, EmergE. Ce dernier facies se retrouve, ~ l'Echelle rEgionale, sous forme d'une 6troite frange qui contient les indices et les anomalies gEochimiques (Pb--Zn) et o6 exceptionnellement, le dEveloppement des sulfures est suffisant pour former des indices importants, voire un gisement, Largenti~re. La disposition et la morphologie des volumes

ciments sulfurEs, qui composent ce gisement, fait l'objet de cette description puis d'une interpr&ation qui conduit ~ adopter un module gEnE- tique.

Contr61e et modhle g6n&ique de min4ralisations en galhne de type <<Red-Beds>> 263

II. Les v o l u m e s min6ral is6s et leur contr61e

A l'4chelle rdgionale, les d4veloppements accentufs de la frange ~ ciments quartz-sulfures ne se rencontrent que dans Ies zones topo- graphiquement d6prim4es au Trias. Meilleur exemple de cette localisation, le gisement de Largentihre se superpose au petit bassin per- mien du m4me nom, bassin trhs pen &endu, mais bonne manifestation d 'une tendance subsi- dente locale lors du d4p6t (bassin trEs localis4) puis de l '&osion antd-triasique limit& que marque une discordance angulaire de 5 ~. 10 °. A l '&helle du gisement, les min4ralisations s'appuient sur une structure d'effondrement alpine N 135 ° E dont les traces sont manifestes des le Muschelkalk mais qui devait d6j~t se

traduire au Buntsandstein par une zone d6pri- m & assez mal individualistic. Dans les limites de ce site particulier, les min6ralisations exploitables se disposent, selon J. P. LENOBLE (1962) en cinq niveaux pr6f&entiels (ou couches) rep~rEs statistiquement par rapport soit ~ la surface ant&triasique (pour les couches in- f6rieures 5 et 4), soit ~ un niveau argileux vert qui sert de toit g6n6ral ~ la tr& grande majorit~ des min&alisations (pour les couches 3, 2 et 1). Au sein de ces niveaux, ies min6ralisa- tions sont tr~s discontinues et se pr6sentent sous forme d'amas lenticulaires dont trois, particuli~rement significatifs, serviront d'exemples typiques. I1 ne sera pas fait mention ici des concentrations li&s aux fractures affectant les

o ~ o 20 m '"':::::i:i:iiiiii::~9:::::::::::~i:~iiii~!iiiiii~:~

Fig. 2. Contr61e palEogEographique de min6ralisations de couche 5. L'6valuation de la min6ralisation provient d'une estimation des teneurs des fronts de taiUe (travaux S. M. M. PENARROYA). Seules quelques courbes d'isoaccumulation m&al ont 6t6 trac&s; cUes soulignent les structures en croissant du type (b) suivant l'axe des dfpressions, et de type (a) suivant l'axe des rides

18 Mineralium Deposita, 3/3

264 J . c . Sa~aMa

horizons min~ralisfis, ph6nom&ne mineur en regard des areas lifts aux strates.

a) Premier exemple : mingralisation de la base

Le niveau min6ralis6 inf6rieur (couche 5) est form6 par une unit6 massive (3 ~ 4 m) de gr~s arkosiques gris tr~s grossiers, localement marne conglom6ratiques, unit6 limitde ~ la base par un niveau de 0,10 ~ 0,30 m de gr~s arkosique ~t ciment argileux noir~tre et au sommet par un d61it de sih argileux vert-gris pouvant locale- merit se d6velopper et atteindre 0,05 ~ 0,07 m. Les min&alisations diss6min6es dans le ciment sont tr~s irr6guli~res, mais il apparatt nettement qu'aux diverses coupures de teneurs, les corps exploitables se ddeomposent en une sdrie de croissants coalescents, ~ concavit6 alternative- ment tourn& vers I ' W N W (a) et vers I 'ESE (b) (fig. 2). La disposition des sulfures le long de l'axe des croissants par rapport au toit et au tour est assez remarquable bien que d61icate ~ observer: vers I 'WNW, les croissants se stdrifisent par leur pattie supfirieure et la min&alisation se restreint au tour qu'elle peut m~me tr~s localement d~border, alors que vers I 'ESE, ils se stfiriiisent par la base et la min6ralisation se colle au toit sans toutefois jamais l'affecter, ni a fortiori le surmonter. Dans les terminaisons ESE des croissants du type (b), on constate de plus une augmentation rapide de la puissance du toit, pMnom~ne inconnu dans les exemples du type (a) (fig. 3). Cette particularit6 conduit naturellement &udier avec minutie les caract6ristiques de ce

WNW ESE toit

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type b ... :: ::~ i i E ii~iiiii~ i ~ i i ~ i ~ i ! ~iil i~ i~ii iiiiiiiii~i~:~::::':':" " • .:<.:.:.::::::::: i i ill i i iil i l i~ ~ ii~il!!iiiiiiiii:! i:i i l iE ~ !i i~!:i:~::::::':':'' ..... m u r

toit, type a .......... i ! i i i i i iiiiiiiiiiiiiiiiiiiilililililiiiii :: ::i i ........

0 5 l O r e

Fig. 3. SchEma de la disposition de la gal~ne (en pointill6s) et des variations du toit le long des croissants de type (a) et (b). La diff&ence de com- portement du toit des croissants de type (a) et (b) vers I 'ESE confirme l'interpr&ation palfog6o- graphique propos6e

toit qui t6moigne d 'une variabilit6 s6dimento- logique A tr~s grande 6chelle tout ~t fait remarquable. I1 y apparatt en effet des r6seaux poly- gonaux de fentes de dessiccation et des cannelu- res ou stries de courant dont les param&res g6om&riques ont fait l 'objet de lev6s d&aill&.

Le param~tre dont il est fait &at ici, la dimension des polygones, correspond au diam~tre du cercle inscrit dans la structure toujours sensiblement iso- diam6trique dans ces exemples. Param&re excessive- ment sensible, il impose un contr61e tr~s strict de la position de l'observation, contr61e rendu ici possible par les conditions de l'exploitation mini~re.

La dimension des polygones est tr~s fluctuante (de 5 A 45 cm), mais la variation de ce param&re est coh6rente et permet de tracer deux s&ies de lignes ioignant les points respectivement de plus forte et de plus faible valeur. Les stries de courant sont confindes aux lignes de taille maximale des polygones, adoptent la m6me orientation et indiquent un ~coulement vers I 'ESE, La concordance de ces r6sultats avec la morphologie des corps min6ralis6s est remarquable: les axes des croissants de type (a) coincident avec les axes de plus grands pdygones de dessiccation alors que ceux du type (b) coincident avec ks axes de plus petits polygones. Que signifie la r6partition des formes s6dimentologiques observ6es sur ce d61it argileux particulier ?

Interpr&er la taille des polygones de dessiccation reste d&licat dans le cas g~n6ral, car ce param&re d6pend de tr6s nombreux facteurs dont l'impor- tance relative est sujette ~t caution; mais ~t la surface d'un meme banc, les param&res de composition lithologique sont en premi&e approximation cons- tants et les variations de la taille traduisent le seul degr6 d'6volution des formes: ~t la surface d'une boue homog&ne, il apparait en premier des fentes uniques ou bifides qui en 6voluant se rejoignent et forment des polygones de premier or&e; puis au cours du dess~chement, des fentes secondaires d&erminent des polygones de deuxi&me puis troi- si6me ordre et r6duisent ainsi de plus en plus le diam&re des structures (SHRoCK 1948).

Les alignements observ6s s'interpr&ent ainsi avec certitude comme les t6moins de zones allong6es plus s6ches Qt petits polygones) et de zones plus humides (~t grands polygones). Les carmelures traduisent un 6coulement vers I 'ESE tr&s temporaire et limit6 aux zones basses. La meme association de pMnom~nes existe actuelle-

Contr61e et module g6n&ique de min&ralisations en gal+ne de type <<Red-Beds>) 265

ment dans des paysages ?t peine ondulfis et p6riodiquement inondfis lors des pluies im- portantes et des remontfies de la nappe tonjours tr~s proche. La disposition des croissants de mingralisations et l' allure de leurs terminaisons W N W et E S E peuvent g¢omdtriquement gtre pr&enges comme l'intersection d' un support lithologique ondulg et d' un plan l@rement oblique pendant vers I ' W N W (amont) (fig. 4). I1 n'est pas possible de d6passer le stade

Fig. 4. Repr6sentation sch&matique de la disposition des min&alisations de couche 5. Seule l'intersection d'un plan oblique (P) et de la surface supfirieure de la couche ondul~e est reprdsent~e; l'intersection avee la surface inf~rieure d&ermine une courbe parall&le, limite amont des croissants

de ces simples constatations et de construire une interpr4tation ~t pardr de ce seul exemple; il est n6cessaire de compl&er d 'abord les don- n6es par un exemple dont l 'analogie est peu apparente bien qu'il soit observ6 dans le m4me gisement.

b) Deuxiame exemple: cas des mindralisations supe'rieures (couche 2)

Le premier corps min&alis6 d6crit provenait de la base de la sdrie, formation de p6diplaine typique, alors que ce deuxi~me exemple, situ6 environ 30 m plus haut dans la s6rie, correspond

un milieu ~ affinit6 deltaique. Une premi&re description et interpr6tation sommaire en a fit6 donnde dans une note pr61iminaire (SAMAMA 1967), ~ laquelle il sera fait quelques emprunts.

Ces min~ralisations sont li&es ~t un niveau qui corn- porte de haut en bas: - - des alternances de lits de gr~s fins ou de silts de 1 ~t 3 cm de puissance et d'interlits argileux de 0,1 ~t 1 cm: toit de la couche 2; - - u n e unitfi gr6seuse -dire touche 2- d'environ 2,50 ~ 3 m de puissance constitu~e par l'empilement de plusieurs bancs lenticulaires tr~s aplatis de 0,20 ~t 0,60 m de puissance, parfois min&alis~s;

18"

- - les unit6s gr6seuses sous-jacentes de m~me type lithologique, mais toujours st6riles malgr6 leur continuit6 avec les niveaux min6ralis6s qui les sur- montent. La mindralisation, bien que nettement localis6e dans une unit6 gr6seuse d6finie par rapport son toit, n 'est toutefois pas li~e ~ un banc d6tritique particulier et peut affecter ou 6viter indiff~remment un ou plusieurs corps lenticulaires. Dans le ddtail, ces min6ralisations sont compos6es de plusieurs corps lenticulaires riches mais pen puissants (0,10 ~ 0,50 cm); seuls les relais et empilements de lentilles ten- dent cette <<couche>> localement exploitable. Les variations des caract~res s6dimentologiques dn toi t de ce niveau out permis une restitution pal6og6ographique comparable ~ celle de l 'exemple pr6c6dent. On y observe en effet deux domaines bien distincts, Fun ~t polygones de dessiccation et patrols ~ empreintes de reptiles (DE~aATHmU et SA~t~A 1968), l 'autre ~ canne- lures (stries de courant) ou ~. rides de courant dissymdtriques d'orientation dominante N 30--40 ° E et ~ ddversement Sud--Est ; cette opposit ion refl~te, de toute 6vidence, l 'indivi- dualisation d 'une zone de chenal ~ 6coulement N 120--130 ° E au sein d 'un domaine ~ humidit6 variable.

On constate encore darts cet exemple une d6crois- sance de la taiUe des polygones de dessiccation entre la bordure toujours humide dN ehenal et les zones plus externes et plus s~ches.

La rfpartit ion horizontale des mindralisations exploitables coincide remarquablement avec celle de zones de rides de courant en d6bordant toutefois de ce domaine d 'une dizaine de m~tres (fig. 5). M~me une <die>> situ6e au sein d 'un chenal, se manifeste par un tlot stdrile (fig. 5 B). La transition entre zones st6riles et min6ralis6es est irr6guli~re: d ie peut etre bru- tale (1 ~t 2 m) ou progressive (5 ~ 15 m). La pr6- sence de plusieurs chenaux voisins, compte tenu du d6bordement des structures, peut donner lieu, par coalescence, ~i des limites de corps exploitables nettement obliques sur les structures s6dimentaires (fig. 5 A e t B). La disposition verticale de la min6ralisation est diff6rente de celle de l 'exemple pr6e6dent et m6rite quelques eommentaires. Le long d 'un profil perpendiculaire aux structures, la min4- ralisation n'est pas toujours coll4e au toit d 'ensemble de la couche; elle apparait ainsi parfois

266 J.C. Sa~A~a

nettement s@ar& du toit lithologique au centre des corps exploitables, alors qu'en allant vers les bordures, elle tend ~ s'y coller (fig. 6). Si les chenaux sont peu marquds ou bien diva- gants (rides de courants tr~s divergentes re- couvrement accentual des zones s&ches et humides), les sulfures rencontrds sont peu abondants et toujours collds au toit de la eouche.

Le contr61e ddcrit, aussi precis soit-il, n'est cependant pas unique: les flancs des structures chenalisantes sont parfois soulignds par des failles synsddimentaires de tr~s faible rejet (10 ~ 30 cm) qui n'affectent pas le toit de la couche ou au moins s'y amortissent consid& rablement. Ces failles prdsentent, rarement il est vrai, l'&range propri&fi de ne pas d~caler les horizons mindralisfis alors qu'elles affectent nettement leurs supports lithologiques (fig. 7). Une observation de d~tail fondamcntale vient compl&er cette description: exceptionnellement, le toit de la couche 2 peut &tre ~rod~ et,

dans ces conditions, le banc dttritique grossier, qui surmonte la couche 2, peut contenir ~ sa base des galets de gr~s min4ralis4 qui pro- viennent sans nul doute, &ant donn4e l'analogie des facihs, des minerais 4rodds de la eouche sous-jacente. Les min4ralisations de la couche 2 apparaissent ainsi comme g4om&riquement lides ~t des zones basses contemporaines du ddpOt du toit; lent mise en place, du fait de la reprise br~chique des minerais est antdrieure au d4p6t du banc suivant mais est, au moins en partie, posttrieure au d4ptt de son support lithologique (discordance, passage d'un banc g u n autre, exemple des failles prtcoces).

c) Troisidme exemple : lentilles d ceur dolomitique (couche 2)

La description des min&alisations de Largen- titre serait incomplete sans la mention de len-

I

1

Z6ne 8 rides de courant

Z O n e mindralisde

Trace de faille alpine

0 5 0 lOOm I I I I I

Fig. 5. Contr61e pal~ogSographique des min~ralisations de couche 2. (D'apr~s SAMARA 1967). Les profils I, II et III renvoient ~ la figure 6

Contr61e et mod&le g6ndtique de min6ralisations en gal&ne de type <(Red-Beds>> 267

8 W NE

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0 20 40m

t t ~ F ig . 7. E x e m p l e de re la t i ons en t re u n n i v e a n ra in@a- Fig. 6. Disposition du toit des min6ralisations de couche 2 par rapport ~ leur toit. (Voir emplacement des coupes I, II et III, figure 5). 1 : niveau 0; 2: surface topographique; 3: toit des minfralisations. La surface topographique est restitu~e approximativement ~ partir d'observations s6dimentologiques alors que la distance entre cette surface et le toit de la min&alisation est mesur~e avec precision

lis6 et une faille pr6coce. I : gr6s tr6s fin; 2: gr6s fin; 3: gr6s moyen ~ grossier; 4: grfis fin, siltite et argilite. La correspondance lithologique de part et d'autre de la faille (A, B, C, D et E) d@ermine le rejet de l'accident (0,30 m) qui s'amortit au niveau du toit. Los limites inf6rieures (L) et sup6rieures (L') du niveau min6ralis6 ne sont pas affect6es

tilles de peti te taille qui occupent des chenaux dont le coeur est ~ c iment dolomit iqt le; ce sont alors los ailes et les flancs de la structure qui prdsentent des accumulations en sul£ures (fig. 8). L 'empi lement de cos lentilles tr&s plates, de pos i t ion et d 'or ienta t ion assez con- stantes, donne une structure d 'ensemble plus vaste et mieux marqu6e. I1 existe donc une contradic t ion apparente entre ce type de localisation ~ grande dchdle et le

contr61e ddcrit comme deuxi~me exemple, lui- m6me d6j5 diffdrent du premier ; toute inter- p r&at ion devra tenir compte de ces part icula- t i t& et tout module g6n&ique los englober.

I lL Interpr6tation et module g6n6tique

D e cette descript ion des corps min&alisds, le caract~re tr&s prficoce de la mise en place des sulfures ressor t avec hotter6: de tels contr61es

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Fig. 8. Exemples de petits chenaux ~ cceur dolomitique. 1: support d&ritique fin; 2: argilite ou silt; 3 : ciment de gal~ne et silice; 4: ciment de blonde et silice; 5 : ciment dolomitique. Une zonation analogue s'observe de l 'amont vers l'aval de Ia structure

268 J.C. SaMara

pal6og6ographiques s'expliquent en effet diffi- cilement par une hypoth~se @ig~n6tique et la pr&ence des galets mindralis~s d~j~ citds rend une telle hypoth6se encore moins vraisemblable. Mais la raise en place des m&aux lourds n'est certainement pas strictement contempo- raine du d~p6t de la roche d~tritique qui sert de support puisqu'aussi bien des failles pr~co- ces ne d~calent pas toujours les horizons sul- fur4s. Un tel r~sultat n'est pas enti~rement nouveau puisque L. de Lau~qAY 4voquait une telle possibilit4 dhs 1911 ~ propos des gisements de type ~<red beds>> et qu'~ plusieurs reprises il y fut fait appel pour certains gisements p4n4concordants ~ uranium-vanadium du Colorado sous la d4nomination de th4orie p4ndsyng~n4tique (cf. W. I. FINC~ 1967). Cette precision de l'~ge de mise en place rend pent-&re compte de l'existence de contr61es pal~og4ographiques mais en aucun cas n'explique leur r61e, ni bien entendu la morphologie des corps min4ralisds qu'ils induisent; il faut tenter d'dtablir un modhle qui tienne compte des facteurs d&erminants suivants:

- localisation des anomalies approximativement au contact d'une formation de type p4diplaine et d'un bassin ~ caract~res p~n6salins; - - r61e des dfipressions topographiques aux diverses ~chelles d'observation avec, au niveau des corps min&alisfis, les particularitfis des exemples de la base de la s~rie (plan oblique sur la topographie avec pendage vers l'amont) et du sommet (surface

concavit~ tournfie vers le haut); - - existence des chenaux ~t cceur dolomitique et sulfures lat&aux.

Les particularit~s des diff&ents types de corps mindralis~s prdsent~s ne doivent pas £aire oublier leur point commun laissd jusqu'ici un peu dans l 'ombre: le r61e dfidddment ddter- minant du toit des corps min&alis&. I1 s'agit toujours d'un @isode d'arret presque complet de la s~dimentation active (au sens d' A. LoM- ~a~i) 1956), ~pisode pendant lequel se ddter- mine la morphologie des corps exploitables. Sous cette surface topographique remarquable, pendant une p&iode de stabilit~ ~ sddimentation passive, il a exist& un milieu de pr&ipitation des ~ldments lourds, vdritable barri6re g~ochimique fugace dont on ne connatt plus clue l'effet (precipitation sdlective des m&aux lourds), la morphologie et le cadre gfiologique. Un seul mod61e, semble-t-il, peut rendre compte

de ces caract&istiques: le rSle de cette barriare ggochimique ~eut gtre tenu par une nappe aquifire ou plus prgcis6ment par la surface de contact entre deux nappes de nature diffgrente. Vouloir explorer cette voie, c'est quitter le domaine de la description et de l'interpr&ation imm6diate pour se lancer dans celui de l 'hypoth&se; il n'existe alors plus aucune preuve ab- solue et le degr6 de concordance entre les faits et ce module en sera le seul crit~re de vali- dit6. Les aspects chimiques et physiques de ce module pal6ohydrog6ologique seront examin6s successivement.

Aspect chimique du moda]e

A l'dchelle r~gionale, la zone de concentration des ~l~ments lourds se situe sensiblement ~ la limite d'un complexe continental et d'un bassin de type p~n~salin, milieu caract&is~ par l'existence tr6s g~n&ale d'une surface de contact entre les nappes de circulation continentale et la nappe d'imprdgnation du bassin. Cette surface peut-elle jouer le rSle de barri&re g~ochimi- clue? Le chimisme des eaux du bassin est bien sur inconnu mais la s~dimentation ~ anhydrite- dolomite t~moigne d'une forte concentration des eaux en SO4--, Ca++ et Mg ++, tandis que l'existence d'empreintes de moulages de cris- taux de sel au sommet des formations du Bunt- sandstein indique la presence de C1- et Na + dans ce m~me bassin. La nappe phr~atique correspondante imprhgne des s4diments poreux et riches en matihres organiques: elle est donc certainement le si6ge d'uneimportante rdduction ana4robie des sulfates, r4action qui libhre de l'anhydrite sulfureux en abondance. Le contact entre une telle nappe trhs r4ductrice et une nappe oxydante li4e aux apports d'eau du continent peut trhs bien servir de niveau d'4change et entratner la pr4cipitation des filaments lourds v4hicul4s par la nappe superficielle sous forme soit ionis4e, soit 4ventuellement colloidale ou adsorb4e. Le renouvellement chimique des nappes le long de l'interface ndcessite quelques commentaires. La r&limentation en SO4-- de la nappe bassin peut 4tre limit& puisqu'aussi bien une eau contenant 1% de SO4--, teneur fr~quente (WHITE et al. 1963) et impr6gnant un s4diment de 20% de porosit4 contient assez de soufre pour assurer au s~diment une teneur de 0,20%

Contr61e et modhle gfn6tique de min4ralisations en galhne de type <<Red-Beds)> 269

en plomb en cas de r tducdon et de fixation complgte. Mais l 'apport de plomb par d~verse- ment des eaux continentales pose g la fois le probl&me de l'origine et du transport de ce cation. Le socle hercynien, localement fiche en plomb (BERNARD et SAMAMa 1968), fournit, lors de son altdration et de sa d4sagr4gation, des mat&iaux de forte teneur mttal ?~ une pfdi- plaine parcourue par tes eaux continentales. Si en surface ces eaux sont rarement mintrali- sfes (LIv*NoSTONE 1963), cellos de percolation, par contre, peuvent se charger trhs facilement de 0,2 ?~ 0,8 ppm de plomb (WroTe et al. 1963; SrnvEY 1967). Pour assurer dans ces conditions au sddiment qui est le si~ge de la pr4cipitation une teneur de 4%, il faut un renouvellement de 8.105 ~t 2.107 lois de la masse d'eau dans le volume d'dchange considdrt. Le renouvellement qu'implique ce module pent 4tre assur6 soit par l'4coulement hydraulique normal de la nappe, soit et, beaucoup plus facilement, par les oscillations du syst&me. Cependant, m4me si on se place dans le cas de l'6coulement normal, un renonvellement de 8.105 lois de l'eau ~t travers une couche de s4di- ment de 0,30 m (cas des pass4es minfralis4es de couche 2) demande environ 13 ans pour un sable grossier (0,5 ~t 2 ram) avec un gradient hydraulique de 5%. C'est l~t un ordre de gran- deur trhs largement compatible avec l a dur4e qu'implique la nature des surfaces d'arr4t de sfdimentation active que reflhte la topographic du moment. La prtcipitation difftrentielle de la gal~ne et de la blende constat6e dans le troisihme exemple peut s'expliquer ais4ment sans m4me faire appel ~t un gradient physique on chimique le long de l'interface: il suffit d'une production limit4e de S - - par rdduction anatrobie des sulfates pour que seul pr4cipite le m&al le moins soluble (Pb) alors que le plus soluble (Zn) prdcipite plus loin apr&s @uisement du premier (GaR~ns 1954).

Aspect physique du modale

Le module palfohydrog6ologique proposfi peut-il rendre compte des caract4ristiques g6o- m6triques d~crites pr4cfdemment? Le cas du premier exemple est simple: une formation d&ritique homoghne de type pddiplaine est envahie au contact du bassin par I'eau de ce dernier. A l'6quilibre hydraulique, le contact

entre l 'eau du bassinet la nappe douce continentale forme un plan oblique, pendant vers le continent, dont l'angle sur l'horizontale est dttermin6 par la loi de Ghyben-Hersberg; s'il y a ddversement de la nappe douce, le plan de contact se transforme en une surface k 14ghre concavit4 tourn4e vers le haut, surface qui pent n&nmoins, en premi&e approximation, 4tre assimilde ~t un plan. L'inclinaison (0t) de ce plan sur l'horizontale est faible, gdntralement de 1~3 °, ce qui est tout k fair compatible avec l'exemple d&rit o/a un relief vraisemblable de 0,80 m indiquerait un angle (~) de 1,5 ° (fig. 2). Les oscillations du syst~me autour d'une position moyenne dtterminent la puissance effec- tive de la couche. Le modhle est tr~s plausible. Le deuxihme exemple (couche 2) relive d'un environnement physiographique quelque pen difftrent qui se r4percute sur l'interprdtation

.Zone & 6vapotranspiration intense

a

Nappe sulfat~e

Zone de rassemblement des eaux continentales t

b -

Zone ~ f a t ee pemculalre ou nypoaermique

Chena[ heau continentale c - " . . . . t - - - - -

• ""4-,. Front d'~change

Chenal & eau continentale d 4, "

>~- ..-'" Nappe Front d'~chan~t~'-. - ' " sulfat ~e ma[ d~fini -"-~'""

e - - - ~ ' ~ ~ ~ - - - - ~ - - -

r ~ ~ ~ ' I N appe sulfatee

eaux continentales ~ Chenal & eaux mtlang~es

Fig. 9. Reprtsentation du module hydrog~ologique de la couche 2. (voir 14gende dans le texte). Les cas be t c sont directement inspir4s de la figure 6 (Iet II)

270 J.C. Sa~aa~a

pr&ent&. Darts un stade initial (ou amont), la nappe sulfat& est affleurante dans de l~g&res d4pressions off l'~vapotranspiration est intense; les eaux continentales, rares et divagantes en surface n'affectent pas le syst~me (fig. 9a). D& qu'un chenal se crde (parfois sons l'in- fluence de failles syns~dimentaires) il y a un dcoulement superficiel ou hypodermique cana- lis6 vers le fond des ddpressions: une surface d'&hange existe, mais limit& ~ l'extr~me fond des chenaux (fig. 9b). Parfois, plus en aval, le niveau supErieur des eaux sulfat&s est plus profond par rapport ~ la surface topographique (soit que la nappe bassin se trouve d6s l'origine plus basse, soit qu'elle s'abaisse par mise en charge des eaux du chenal); la min&alisation est alors ddcollEe de 10 ~ 40 cm du fond du chenal (fig. 9c). La terminaison aval de ces syst6mes est variable, soit que la tranche d'eau diminue et que l'&oule- ment redeviene hypodermique (schEma comparable au cas 9b), soit qu'elle augmente et clue le front d'&hange s'abaisse et ne donne qu'une zone tr&s floue peu propice aux pr&ipitations (fig. 9 d). Le cas parficulier des chenaux ~ coeur dolomitique semble correspondre ~ une terminaison du chenal sur le bassin sulfate dont la nappe ali- mente le chenal et limite ainsi la zone de rassem- b!ement des eaux continentales ~ deux petites franges hypodermiques lat4rales (fig. 9e). La prdsence de dolomite au centre des structures t4moignerait alors d'une pr&ipitation au sein de la nappe qui impr6gne le fond du chenal. L'empilement de plusieurs structures analogues qui constitue l'ensemble de la couche 2 d&oule- t-il de la r@&ition du m~me phfnom6ne on bien d'une succession d'4quilibres de l'interface sous un meme diasthme? I1 est d61icat de trancher d'une fa~on rigoureuse, mais il est clair que plusieurs diast6mes out pu jouer le m4me r61e an sein de ddpressions entretenues par les petits accidents syns4dimentaires.

I V . C o n c l u s i o n s

Le module pal~ohydrogdologique pr6sent6 repr&ente ddj~i bien plus qu'une hypoth6se de travail: le degr~ de concordance entre les observations et le mod61e est ~lev6 et aucune con- trainte supplEmentaire (telle la dur& des Echan- ges) ne s'oppose k son adoption.

Le r61e fondamental des zones d4prim8es s'explique parfaitement ~ la lumi&re de ce modele: quelle qu'en soit l'&helle, il s'agit de sites qui drainent la majeure partie des eaux continentales et contribuent ainsi ~ une fixation maximale des m&aux lourds sur la barri&e g~ochimique que constitue la nappe r4ductrice. La formation des gr6s minfralis6s de Largen- ti&e rEsulte de la succession de deux phdno- m6nes d'essence diffErente: le premier, le d@6t du sddiment clastique en bancs plus ou moins lenticulaires, @isode de s4dimentation active, presque instantan4; le deuxi&me, imm4diate- ment postErieur, la mise en place des sulfures dans les pores du sddiment au contact de deux nappes, 6pisode de s4dimentation passive, tr6s longue, qui ne permet des concentrations im- portantes qu'~ la faveur de longues p&iodes d'6quilibre hydraulique, p4riodes qui d&erminent les 5 niveaux ou <<couches>) du gisement de Largenti6re. Parler ~ propos de ce modhle gdn&ique de syn ou de diagen6se est tr6s ddlicat en raison m4me de l'impr6cision de ces termes. Pour le seul domaine marin, les spdcialistes ne s'accordent guhre sur le contenu du concept de diagen&e (cf. LaI~SEN et CmLINGA• 1967) encore moins bien d6fini dans les environnements continen- taux. Par contre, le concept de sddimentation chimique interne (WOLF 1963; CHILINGaR et al. 1967) convient parfaitement au modhle expos4; il s'agit bien ici de la formation et du remplissage intraformationnel des rides origi- naux (ou pores) par un sddiment chimique partiellement allochtone. Le modhle pal6ohydrogdologique re.is en Evi- dence et propos4 pour le gisement de Largen- ti6re rend compte des particularit4s des corps min~ralisfs et s'inthgre correctement dans le contexte r6gional et local. A la lumi6re de ce schema gEnEtique, parmi les tr& nombreux caract~res mis en 6vidence, il est possible de sdlectionncr les quatre E16ments primordiaux qu'imptique le module et qui semblent bien caract6riser le gisement de Largenti6re. Ce sont:

- - environnement continental;

- - bordure de bassin fiche en sulfates;

-- pr6sence de mati+re organique;

- - chenalisation bien marqu6e.

Contr61e et modele g~ndtique de min&alisations en gal&ne de type <<Red-Beds>~ 271

La por t& de la thdorie explicit& est impossible formuler d& maintenant en raison du trhs

petit hombre d'exemples 4tudids avec assez de d&ail. Mais dhs 1947, R. P. FISCHER, J. C. HAFF et J. F. ROMINGER soulignaient la localisation des concentrations vanadifhres de Placerville (Colorado) dans une formation permdable ~ la limite de transgression des calcaires imm4diate- ment surincombants. Ce facteur ajoutd au caracthre pdn&oncordant et {t la morphologie des corps exploitables implique, suivant les auteurs, des relations hydrogdologiques particuli&es: le contact de deux nappes phrdatiques dans nn paysage 4merg& C'est 1~ un modhle trhs voisin, peut-&re m4me identique ~ celui proposd de Largentihre. Dans d'autres environnements mindralis&, un ou plusieurs des quatre facteurs d&erminants apparaissent dans diverses descriptions de gisements de Pb, de Zn ou de Cu en milieu gr&o-conglom4ratiques ; il est vraisemblable qne certains d'entre eux relhvent du meme mod6le g4n&ique.

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J. c. SA~aA~aa Laboratoire de G6ologie Appliqu~e E.N.S.G., Nancy, France

Documents

Contrôle et modèle génétique de minéralisations en galène de type »Red-Beds«