Sur la Genese de Certains Gites Uraniferes

Mineral. Deposita 17, 151 - 157 (1982) MINERALIUM DEPOSITA © Springer-Verlag 1982

Sur la Genese de Cerlains Gites Uraniferes

Ph. Briot

Laboratoire de Geochimie des Roches S~dimentaires, Universite Paris-Sud, Orsay, France

L'6tude du calcrete uranif&re de Yeelirrie, enAustralie Occidentale (46000 tonnes

d'U30~ estim&es), min$ralis& en carnotite, apermis de pr&ciser la gen~se de tels gftes. ~Les calcretes se pr&sentent en corps lenticulaires dans la partie axiale des chenaux de drainage en amont d' une "structure verrou", constitute par une remon- t&e du socle ou un retr&cissement du chenal. La pr&sence de "structures verrous"

a d&termin$ I' existence de l&g~res d&pressions en amont, temporairement inond&es, o~ se localise le d&p6t d'un calcrete d'origine s~dimentaire. Dans un second temps, la "structure barrage" a provoqu& le ralentissement de I' $coulement de la nappe. Une nappe fixe se cr&ee, sursatur&e en sels dissous, provoquant i' $pigen&se et la dolomitisation de la pattie du calcrete proche du verrou, avec d~p6ts d' uranium, de vanadium (carnotite) et de strontium (c~lestite). Des gftes de type calerete sont connus &galement en Mauritanie et en Namibie. Ainsi, les calcretes sont, dans les domaines &vaporitiques intracontinentaux, des sites favorables au pi@geage de I' uranium. Si leur gen@se est diff&rente, leur localisation dans des zones stables A climat aride ou semi-aride est une caract&ristique commune.

The study of the Yeelirrie uraniferous calcrete of the Western Australia, containing abundant carnotite, has allowed interpretation of the genesis of the main ore concen- trating processes within this type of deposit (46000 tons of estimated U~Og). The calcretes are found as lenses within the axial parts of certain channels. The~ are situated upstream with respect to local barriers formed by uplifted basement blocks or by local constrictions of the channel. The presence of such constrictions has allowed development of minor upstream depressions which were temporarily flooded, and within which the sedimentary calcrete has formed. Subsequently, the constriction has caused a slowing of phreatic water circulation. The stabilised phreatic lense, supersaturated with respect to dissolved salts, has provoked the epigenesis and do- lomitization of the original calcrete situated in the proximity of the dam. Uranium and vanadium (carnotite) as well as strontium (celestite) are concentrated through this process. Uranium ore concentrations of the calcrete type are known also in Mauritania and Namibia. Thus, calcretes within intracontinental evaporitic areas form favourable traps for the concentration of uranium. Although of possible differ- ent origin, the concentration of ore within the stable areas of arid to semi-arid regions is a common characteristic of this type of deposit.

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I. INTRODUCTION

Depuis i' annonce de la d[couverte du gisement d' uranium li[ ~ des calcretes

Yeelirrie, en Australie Occidentale ~46000tonnes d'U~On estim[es), des indices et des g~tes ~e~nblables ont ~t& d~- couverts en Australie, Mauritanie, So- malie, Namibie, Argentine, aux U. S.A. (Texas, Navada). Dans ce type de gfte I' uranium, qui se localise dans des formations carbonat~es continentales ou calcretes I, est g[n[ralement exprim[

sous forme de carnotite: (UO2)2V208K2, 3H20.

2. LES CALCRETES DE L' YILGARN A USTRALIEN

L'Yilgarn est caract~ris~ par la presence de formations carbonat~es p~do- logiques sur sa moiti~ sud et par des formations carbonatees non pedologlques sur sa moiti~ nord (Sofoulis 1963). Les occurrences et concentrations uranif~res se rencontrent uniquement dans ces der- nitres. Ces calcretes se situent dans les syst~mes de drainage. Deux types prin- cipaux de calcretes sont observes suivant leur position ~ I' int~rieur de ces syst~mes:

- les calcretes de chenaux dont Yeelir- rie est i' exemple type (Yeelirrie, Lime- stone Well-Bellah Bore .... ) (Fig. i).

les calcretes de bordure de lacs sal~s (lac Way, lac Austin .... ).

2. 1 Les Caleretes de Chenaux

Ces calcretes qui apparaissent, sur le terrain, en relief par rapport aux s&di- ments voisins (i A 3m suivant les cas) se reconnaissent par le changement de couleur du sol et le caract~re eh~tif de la v~g&tation. Ils se pr@sentent en corps lenticulaires, dans la partie axiale des

1 le terme calcrete est employ~ dans le

sens de d&pSts carbonates continentaux se d~veloppant sous un climat aride semi-aride, en excluant les formations de vires eaux (carbonates lacustres, furs, trave~rtins)

chenaux de drainage, en amont d' une "structure verrou" constitute par un r~- tr~cissement du chenal ou par la remon- t~e du socle. La coupe longitudinale de ces lentilles centrales permet de mettre en ~vidence I' ~volution d' aval en amont de la nature du calcrete. Cette ~volution a aussi bien ~t~ observ~ sur le calcrete de Yeelirrie que sur cehi de Limestone Well-Bellah Bore (Fig. i).

Le calcrete amont, type Bellah Bore, pr~sente des structures s~dimentaires (encro~tements lamellaires, encroflte- ments concr~tionnaires) dans sa partie sup~rieure. La presence de filaments algaires ou bact~riens indiquent i' origine organique de ces structures. Celle- ei est, de plus, confirm~e par I' observation d' areas de grains du squelette qui sont ~ rapprocher de terriers ou de pel- lets. Outre ces structures, le calcrete se pr~sente comme un profil p~dologique ~volu~ (nodules, fissurations courbes... ). Cette ~volution, ~ la fois s~dimentaire et p~dologique, caract~rise les milieux palustres. Les figures de diagen~se pr~coce du domaine vadose (gouttelettes pendantes ou microstalactites) obser- v~es au sommet du profil indiquent ~galement de tels milieux de formation pour ees calcretes. A la base du profil, par contre, apparaissent des figures de diagen~se pr~coee du domaine phr~atique (squelealcitanes). Ces formations se composent presque exclusivement de calcite avec quelques pour cent de quartz d~tritiques et des traces d' argiles (es- sentiellement de la kaolinite). Des anomalies en zinc, pouvant atteindre 440 pprn, et en uranium sont constat~es. Les teneurs en uranium montrent un lessivage p~dologique de cet ~l~rnent; en effet, elles passent de 6 ppm au sommet du profil ~ 30 ppm ~ la base observ~e du calcrete (Briot 1978).

Le calcrete aval, type Yeelirrie, situ~ imm~diatement en amont de la "structure verrou", est une roche massive et blanche pr~sentant des structures de gonflement (swelling structures) qui ont provoqu~ la br~chification d' interlits argileux. II pr~sente deux facies princi- paux, I' un ~ la base, est massif et dur,

Sur la Gen@se de Certains Gftes Uranif~res 15~

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l i m i t e du chena] de d r a i n a g e

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Fig. i. Le chenal de drainage de Yeelirrie (d' apr~s ~ socle arch~en W.M.C. 1975)

154 Ph. Briot

il est dit porcelan~. L' autre, au sore- met, est plus friable et plus pulv~rulent: c' est le facies poudreux. II y a passage progressif de I' un ~ I' autre de ces facies. Le calcrete repose sur une formation gr~so-p~litique appel~e "clay- quartz", qui passe progressivement par carbonatation au facies porcelan~. Le calcrete est micritique avec des nodules p~dog~g~tiques presents sur route sa hauteur. A la base du calcrete des figures de diagen~se pr~coce de milieu phr~atique (squelcalcitanes) sont obser- v~es. Le facies poudreux est constitu~ d' un m~lange de calcite et de dolomite, le facies porcelan~ de dolomite ou d'un m~lange de calcite et de dolomite dans lequel ce dernier mineral est preponde- rant. L' augmentation quantitative des teneurs en dolomite (passage facies poudreux-faei~s porcelan~) va de pair avec une diminution de la teneur en argiles. Seuls les calcretes de type aval ont des anomalies en uranium exprim~es min~ralogiquement, g~n~ralement sous forme de carnotite. A Yeelirrie, la carnotite est diss~min~e dans le calcrete poudreux, en d~pSt sur les patois des rides du calcrete poreelan~, en enrobe- ment autour des grains et diss~min~e dans le "clay-quartz", et en rev~tement sur les parois des fractures (slicken- sides) dans tout le ealcrete (W. M. C. 2 1975). Par ailleurs, unbanc d~cim~- trique de c~lestite (SrSO4) est individu- alise dans le clay-quartz (W.M.C.1975).

2. 2 Les Calcretes de Bordure de Laes Sal6s

La zone axiale des chenaux de drainage n' est pas le seul lieu d' individualisation des clacretes. Ils peuvent ~galement se localiser ~i la p~riph~rie des laes sal~s (lac Way, lac Austin, lac Miranda .... ). Des indices et des concentrations d' uranium y sont aussi observ~es.

Le calcrete se pr~sente soit sous forme d' un banc carbonat~ peu ~pais (0, 60 1 m) ayant une inclinaison vers I' ext~- rieur du bassin (lac Way), soit avee des

2 Western Mining Corporation Limited

caract~ristiques identiques aux calcretes de chenaux en amont d' une "structure verrou" (lac Austin).

La situation des diff~rents calcretes tout au long du r~seau hydrographique laisse apparaftre que leurs ~l~ments constitutifs tirent leur origine du lessivage du socle Yilgarn.

3. L' URANIUM AVANT SON PIEGEAGE DANS LES CALCRETES

Les calcretes uranif~res de l'Australie Occidentale sont situ~s sur le bouclier Yilgarn qui est une vieille surface ar- eh~enne, stable depuis le Prot~rozo'ique,

off dominent les grandes zones migmati- tiques interrompues seulement par des bandes de formations m~tas[dimentaires et de roehes vertes (greenstone belts) et que recoupent quelques "youn~er" granites d'age respectable (1.8 i0 ~ ann~es). Cette vieille surface p[n~plan~e forme un plateau d~coup[ par des escarpements (ou breakaways) dont la hauteur varie de quelques m~tres ~i quelques dizaines de m~tres. Ceux-ci s'observent sur tout le Centre et I' Est de l'Yilgarn. Ils per- mettent I' observation des diff[rents niveaux d' alt[ration du soele (Fig. 2).

Les granites arch[ens ont subi une phase intense d' ar~nisation. Leur teneur en uranium est anormale de i' ordre de 6 ~I 9 ppm (Briot 1978) et celle des granites situ[s en t~te du r~seau de drainage de Yeelirrie est comprise entre 8 et I0 ppm (W. M.C. eommun. orale). Une anomalie radioactive, de I' ordre de 150 ~ 300 choes/s SPP2 avec des maxima de 650 chocs/s SPP2 dans les fissures, est constat~e ~ la base du profil d' alteration (Fig. 2). Elle est li~e ~ de faible teneur en uranium (i ~ 2 ppm) indiquant, certainement, le d~part d' une pr~concentration de cet ~l~ment. Cette pr~concentration de i' uranium, ~ la base de i' alt~rite, va ensuite ~tre prot~g6e d'un lessivage pr~- eoce par i' installation d' un silcrete ti- tanif~re, puts par une formation rouge 6quivalent d' un horizon B d' accumula-

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Fig. 2. Sch@ma du profil d' alt@ration du socle arch@en (Yilgarn central), i: socle peu alt@r&; 2: socle kaolinis@; 3: socle kaolinis& et silicifi&; 4: soele kaolinis& et fo~tement silicifi&. SI: silcrete; $2: formation rouge; i00: anomalie radioactive en chocs/seconde SPP2

tion d' un sol ferrallitique. Ces deux d&- p6ts, ainsi que la topographie actuelle, reprennent sans grand boulversement la pal&otopographie du bouelier arch&en. Puts, survient une phase d' &rosion intense qui concourt ~ la formation des paysages actuels de I' Ouest australien (breakaways, chenaux de drainage .... ).

L' uranium est vraisemblablement sou-

mis ensuite ~ un lessivage s@lectif et

rejoint les eaux des nappes.

4. HYPOTHESE GENETIQUE D' UN CITE DE TYPE CALCRETE

Si la pr&concentration de i' uranium ~ la base du profil d' alt@ration a fait I' objet d'un lessivage s&lectif, les fortes teneurs en uranium des eaux des nappes du chenal de Yeelirrie semblent indiquer que la mise en solution de cet @l@ment est encore un ph@nom@ne actuel.

Ces eaux des nappes qui n' ont qu' une teneur en sels dissous de 750 ppm au pied des breakaways, vont voir ces teneurs atteindre 2g/l dans la zone amont du chenal, puts 5 ~ 15 g/l dans le calcrete et jusqu' ~ 20 g/l ~ proximit& im- m&diate du g~te (W.M.C. 1975, W.M. C. commun, orale). Les teneurs de ces eaux d@passent alors 400 ppb (W. M. C. commun, orale). Cette @volution de la salinit@ des eaux est @galement consta- t@e par A.W. Mann (1977) dans un calcrete de chenal ~ I' ouest du lac Way. Les teneurs en uranium varient de 16

66 ppb, celles enpotassium de Ii g~ 35 ppm en t&te de r@seau de drainage pour atteindre 213 A 442 ppb pour i' uranium et i00 ~ 145 ppm pour le potassium

proximit& du calcrete. La re@me &volution est constat@e pour le vanadium, mats les teneurs sont faibles du fait de sa masse atomique qui est quatre fois plus petite que celle de i' uranium (Mann 1977).

Ces eaux subissenf donc un processus de concentration de type @vaporitique. La r&gion @tant soumise A un climat aride ~ semi-aride (pr&cipitation de I' ordre de 250 mm/an, moyenne annuelle des temp&ratures &lev&es, faible humidi- t@) et le mouvement des eaux &tant tr@s lent, son gradient hydraulique est inf@- rieur ~ 0, 001 (Dall'Aglio, Gragnani, Lo- eardi 1974). Ces eaux d@crivent un cycle hydrologique complet en quelques kilo- m@tres. Elles deviennent matures en un court espace.

156 Ph. Briot

Amon f Avol

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calcaire palustre

zone dolomitis6e

1 I clay-quartz

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corps min~ralis6 en uranium

banc d6cim~trique de c61estite

____ surface phr@atique actuelle

Fig. 3. C o u p e s c h ~ m a - tique longitudinale et min&ralisations du cal-

crete de Yeelirrie

I km env.

Cette nappe, au niveau du calcrete s~dimentaire, en amont d' une "structure verrou", pr~sente done un degr& de ma- turation pouss&e. L' existence d' une "structure verrou" favorise I' installation d' une nappe sursatur~e en sels dissous, effectivement observ~e (W. M. C. cornmun, orale). Cette nappe sulfat&e va jouer le r~le d' une barri~re g&ochimique pour les eaux circulant ~ la base du calcrete, llva enr&sulter l'~pigen&se et la dolomitisation du calcrete s&dimentaire et les d~p6ts de certains &l~ments tels i' uranium, le vanadium et le strontium (Fig. 3). La dolomitisation va "ef- racer" les structures s~dimentaires du calcrete et provoquer I' apparition des facies porcelan~ et pulv&rulent. L'uranium et le vanadium se d~posent en m~me temps pour former la carnotite. Le strontium pr&cipite sous forme d' un

et la presence d' eaux ~ salinit& &lev&e en amont de "structures verrous" des chenaux de drainage et bordure des lacs sal&s. Ces eaux & salinit& &lev&e vont jouer le r6le de barri~re g&oehimique pour certains &l~ments (U, V, K, Sr .... ). Si cette barri~re est trop &tendue, I' ef- let de concentration sera r&duit (bordure des lacs sal@s), si par contre le pi~ge est suffisamment restrictif, le taux de concentration pourra ~tre ~lev~ et abou- tir ~ des teneurs et tonnages @conomi- ques (Yeelirrie, chenaux de drainage).

Des g~tes d' uranium de type calcrete ont ~t~ reconnus ~galement en Mauri- tanie septentrionale, ces calcretes sont des eimentations earbonat@es &pig&n&- tiques de formations d&tritiques. En Na- mibie (vall~e de la rivi~re Tumas), les observations de J. Wilkinson (1975) nous laissent penser qu' il existe de grandes

b a n e d e c & l e s t i t e , d ' e n v i r o n d i x c e n t i - s i m i l i t u d e s e n t r e c e s c a l c r e t e s e t c e u x m ~ t r e s d ' & p a i s s e u r , d a n s l e " c l a y - q u a r t z " . d e 1' Y i l g a r n ( f i n e s l a m i n a t i o n s p a r f o i s

v i s i b l e s e t c o u l e u r b l a n c h e d e s c a l c r e t e s

5. CONCLUSIONS

Ainsi, les calcretes apparaissent comme des sites favorables au pi~geage de i' uranium dans les domaines ~vaporitiques intracontinentaux. L' existence d' un eli- mat p~ri-d~sertique favorise un m~ris- sement rapide des eaux de sub-surface

non gypsifi&s, structures barrages trans-

verses).

Le processus g&n&ral de gen~se des g~es, caract&ris~ par l'existence d'un apport exceptionnel et d' un pi~ge, s' ap- plique bien aux diff&rents calcretes uranif~res. L' uranium primaire du socle

Sur la Gen~se de Certains Gftes Uranif~res 157

est lib~r~, stock~ pendant une p~riode plus ou moins longue dans des profils preserves sur un socle stable puts re- mobilis~. Ensuite, son d~p6t le long de chenaux, sous un climat aride, est favo- ris~ par I' existence de "structures verrous tt"

Les ph6nom~nes de remobilisation post-s~dimentaire de ces formations carbonat~es paraissent g~n@raux. Ils conduisent ~ des modifications de structure dans le d~tail (porositY) et en grand (swelling structures). Celles-ci am~nent la creation des "structures pi~ges" n~- cessaires ~ la precipitation de la carno- tire. La min~ralisation uranif~re para~t directement li~e ~ ces ph~nom~nes de recristallisation.

REFERENCES

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Recu le Juillet 24, 1981

Philippe Briot Laboratoire de G~ochimie des Roches S~dimentaires B~timent 504 Universit~ Paris-Sud F-91405 Orsay C~dex France

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