L’étude de la minéralogie et des gisements de minerai peut en général être attribuée à des processus d’altération hydrothermale où l’altération chimique entraîne de nombreuses compositions chimiques riches en métaux: or, quartz, étain, etc. Ce processus d’altération hydrothermale combine principalement la tectonique, le volcanisme et l’eau chauffée. La minéralogie de base de la roche est modifiée à la suite de changements d’état de la température, de la pression ou de la composition / composition chimique. Cela a façonné des choses telles que la ruée vers l’or en Californie et a été un boom économique depuis sa découverte.
Le processus d’altération hydrothermale
L’eau chaude ou les « fluides hydrothermaux » traversent des fractures de roches ignées voisines ou des espaces poreux dans la roche, modifiant la composition chimique (Adams). Cette altération chimique peut être le résultat de « l’ajout, l’élimination ou la redistribution des composants chimiques » (Adams). Ces composants chimiques que j’ai mentionnés impliquent la composition de base de la roche. Par exemple, la composition chimique de la kaolinite est (Al4Si4O10 (OH) 8) selon le document « Chimie d’altération » distribué dans les matériaux de classe, tandis que la composition chimique avant son altération est KALSI3O8 + H2O.
Un exemple de système hydrothermal et de sa circulation. Extrait de « La Planète bleue » de Brian J. Skinner (1995). Également tiré de Williams, Curtis « Altération hydrothermale et Dépôts minéraux. » (2002).Typiquement, ces « fluides hydrothermaux » ou « solutions aqueuses » transportent de nombreux métaux en plus des « silicates et autres matériaux non métalliques » (Jones et Hutton). Les différentes compositions de roches ignées peuvent varier dans une variété de minéraux, lorsque l’eau chauffée par une chambre magmatique voisine monte en température et modifie les roches ignées voisines, la solution hydrothermale devient alors riche en minéraux. Cette solution riche en minéraux s’élève, serpentant à travers des fractures ou des fissures dans la roche se refroidissant au fur et à mesure qu’elle se déplace et dissolvant d’autres minéraux sur son chemin, une fois que cette solution a refroidi dans la fracture des veines créatrices de roches.
Fumeur noir de la dorsale médio-atlantique Ceci est un exemple de rejets d’altération hydrothermale dans l’océan.L’énergie derrière le processus d’altération hydrothermale est la « cellule géothermique » (Jones et Hutton, 2000). Une » cellule géothermique » est l’endroit où l’eau est chauffée (Jones et Hutton, 2000). Typiquement, à partir de la source, l’eau froide se déplace à travers les fractures et les fissures dans la roche jusqu’à ce qu’elle soit chauffée. Comme indiqué précédemment, il est chauffé par une chambre magmatique voisine. La solution d’eau chauffée traverse ensuite les roches en dissolvant des ions métalliques et d’autres minéraux, modifiant ainsi la composition chimique et la composition de la roche.
Typiquement, les solutions hydrothermales ont une teneur élevée en solution saline; par conséquent, les mouvements de ces fluides altèrent la roche. Avec les conditions variables des minéraux: température, pression, pH et Eh si les conditions changent, une condition changera donc. Cela peut alors faire réagir la roche avec les matériaux à proximité. Selon Jones et Hutton, « les températures auxquelles les minéraux se forment vont de 50 à 650 ° C ». Ces températures très variables créent un agent altérant hautement propice. « Le mouvement de ces fluides hydrothermaux dans la croûte terrestre est connu sous le nom de « convection hydrothermale. » (McCaffrey et Pavey). « Le raisonnement derrière cette terminologie est la signification racine du mot: hydro signifiant eau, thermique signifiant chaleur et convection signifiant transfert de chaleur par mouvement physique de la matière » (McCaffrey et Pavey).
Formation de minerai hydrothermal
Un minerai est une roche riche en métaux, souvent en métal. La formation de minerais hydrothermaux est attribuée à la solution hydrothermale ou aux fluides qui filtrent les métaux et les minéraux de la roche. Ces métaux sont ensuite déposés dans des fractures et des fissures à l’intérieur de la roche appelées: veines. Les fractures sont le résultat de choses telles que le gel et l’expansion de l’eau. Les fractures peuvent être causées par l’activité sismique, lorsque le sol déplace des fractures et des fissures sont laissées dans le substrat rocheux et d’autres composants qui composent la croûte. La croûte continentale est composée de roches granitiques, tandis que la croûte océanique est composée principalement de roches basaltiques.
Cliquez pour voir une illustration du principe de base de la concentration des métaux par des processus hydrothermaux
Cette figure animée a été tirée de (McCaffrey et Pavey).
Cliquez pour voir une illustration des différentes caractéristiques nécessaires à la formation d’un gisement de minerai hydrothermal
Cette figure animée a été tirée de (McCaffrey et Pavey).
Certains facteurs nécessaires au développement du dépôt de minerai hydrothermal comprennent: la source d’eau, la source des composants du minerai et le transport des constituants du minerai, la perméabilité, la cause et le dépôt de minerai. Chacun de ces facteurs influence fortement le processus hydrothermal.
Les principales sources d’eau qui finiront par se déplacer vers un endroit où elle sera chauffée par la chambre magmatique voisine comprennent: « les eaux de surface, y compris les eaux souterraines, appelées eaux météoriques; l’eau de mer; l’eau de connate ou l’eau enfermée dans les roches au moment de la formation; l’eau métamorphique; et l’eau magmatique (à partir du magma) » (Jones et Hutton, 2000). Les eaux météoriques peuvent être collectées à partir de facteurs de précipitations tels que la neige, la pluie, etc.; considérant que « l’eau de formation qui a été piégée dans une zone spécifique; comme les pores des sédiments » (McCaffrey et Pavey). Cette eau finira par devenir très concentrée en minéraux et métaux qu’elle dissout au fur et à mesure qu’elle se déplace à travers les roches ignées.
« Figure 16.24b Un gisement de minerai magmatique. Des couches de chromite pure (noire) enfermées dans des couches de plagioclase, se sont déposées lors de la cristallisation du complexe igné de bushveld. Cet affleurement exceptionnellement fin est situé à la rivière Dwars en Afrique du Sud » www.Dollar.edu/esci/figuresLes minerais sont généralement dérivés de la croûte terrestre. En plus de la source déjà disponible de constituants du minerai, la salinité élevée qui facilite le transport des constituants du minerai. Les fluides hydrothermaux, en raison des minéraux hautement concentrés (Cl, F et CO2), transportent facilement les métaux hautement concentrés. Le péché de wasy que ces ions métalliques sont généralement transportés est à travers des « ions complexes » (McCaffrey et Pavey). « Un ion complexe est défini comme une seule espèce chimique composée d’une combinaison inhabituelle de deux atomes ou plus » (McCaffrey et Pavey). Ces ions complexes empêchent le dépôt du métal pendant le mouvement. En revanche, les ions simples lâchent facilement le métal pendant le transport.
Ce processus ne peut se produire que si la solution peut se déplacer à travers la roche; la perméabilité joue donc un rôle clé dans le mouvement des solutions hydrothermales. Ces solutions peuvent se déplacer à travers des passages tels que des pores, des fissures, des fractures, etc. Il est essentiel au succès des altérations hydrothermales. Le dépôt des minéraux de minerai est généralement dû à (1) une diminution de la température – refroidissement, (2) une diminution de la pression, (3) un changement de composition des solutions hydrothermales. Une diminution de température est le résultat du refroidissement des fluides hydrothermaux. Alors qu’une diminution de la pression peut être le résultat de nombreux facteurs.
Les concentrations de ces métaux dans un espace contraint équivoques un minerai. Le dépôt du minerai peut être sous-aérien, sous-marin, trouvé dans une fracture ou dans une roche. Les failles hydrothermales peuvent développer des brèches et des gouges. Il s’agit d’une forme de minéralisation et d’altération qui a lieu là où il y a une richesse de veinules à grain fin. Les modèles de zonage minéral se développent souvent près des gisements de minerai en raison des changements de température, de la composition chimique du fluide et de la teneur en gaz.
« Figure 16.23 Minerai formé par métamorphisme. Minerai de la mine de Tem-Piute, Nevada. Le blanc est la calcite, le violet est la fluorite. Les minéraux visibles sont la sphalérite (brune, en bas à gauche), la pyrite (or) et la scheelite (CaWO4), le minéral brun pâle sucré en haut à gauche et en bas à droite. La scheelite est un minerai de tungstène important » www.usd.edu/esci/figures
Dépôts de veines et de skarn
Les veines mentionnées plusieurs fois ci-dessus sont le mode le plus courant de refroidissement du matériau concentré hydrothermal. Le minerai hydrothermal se forme lorsque les fissures, les failles et les fractures sont remplies. Le plus souvent, ils apparaissent dans les arcs volcaniques et les terrains de collision. La raison derrière cela est que les magmas font circuler le fluide en mouvement en combinant avec la contrainte supplémentaire résultant en une fracture majeure. La fracture est ensuite remplie avec la solution hydrothermale se refroidissant à un moment donné. Les métaux trouvés dans les veines se trouvent généralement dans la croûte et peut-être la source des métaux.
Figure « Veine et chalcopyrite disséminée dans le quartzite » tirée de www.zambia-mining.com / or% 20vein.jpgLes grands dépôts de skarn se forment à la suite du remplacement de la roche par un fluide. Souvent, les roches sont en calcaire.
(McCaffrey et Pavey).
Dépôts épithermaux
Figure tirée de http://www.davidkjoyceminerals.com/graphics/841.jpg6.1
L’or est connu comme un dépôt épithermal car il se trouve à une profondeur très faible. Avec les gisements de minerai, il existe deux types de classifications: principale et secondaire. Un minerai primaire est composé principalement d’un composant métallique principal. L’or est un exemple de minerai primaire car il est principalement composé d’or; cependant, des composants tels que l’argent peuvent être trouvés. Une autre classification est un minéral gangue. Les minéraux de gangue comprennent généralement le quartz, la calcite et d’autres minéraux tels que la kaolinite et la chlorite. On pense que l’or précipite des eaux souterraines près des zones à proximité d’une source chaude. Ces dépôts se trouvent généralement dans les régions d’arc volcanique telles que la région de la Sierra Nevada.
Comment tout cela se rapporte à la région de la Sierra Nevada
En visitant de belles régions telles que le Chert bleu et le moulin à Kaolinite, j’ai été intrigué par la façon dont l’eau chauffée pouvait altérer chimiquement les roches pour faire de si belles choses. Avec l’activité sismique provoquant souvent les failles et les fissures pour que la roche altérée finisse par se remplir; la tectonique a aussi sa main dedans. Tectoniquement, la subduction d’une plaque forcera l’eau à être éventuellement chauffée. Souvent, même le magma est plus proche de la surface et peut chauffer une plus grande quantité d’eau. Les sources chaudes sont un excellent exemple de poche magmatique plus proche de la surface; en conséquence, l’eau est chauffée et les émissions de soufre et de CO2 sont plus importantes. D’autres formes de relief pouvant être attribuées à des altérations hydrothermales sont les cratères d’Inyo. Les eaux souterraines ont circulé à travers le magma alors qu’il montait, entraînant des éruptions explosives chargées de vapeur.
Bodie est un autre excellent exemple de la façon dont ce processus peut affecter la vie: les gens ont été poussés à l’aventure et à l’argent qu’ils pouvaient trouver. Avec l’argent potentiel sont venus des voleurs, des prostituées et des parias. Cette ville aujourd’hui abandonnée qui avait été convertie en réserve offre une vue d’ensemble intéressante sur le passé de la Californie.
Adams, David. Centre de formation de la Mine Delta http://www.dmtcalaska.org/course_dev/explogeo/class08/notes08.html
Barnes, Hubert L., Géochimie des gisements de minerai hydrothermal, 1 – 13, 303 – 307, 435 – 448, 1997.
Bove, Dana J., Compositional Changes Induced by Hydrothermal Alteration at the Red
Mountain Alunite Deposit, Lake City, Colorado, U.S.G.S. Bulletin 1936.Gonchar, G.G., Fluides dans la croûte: Propriétés d’équilibre et de transport, 1 – 41– 1995.
Association géologique du Canada., Altération et Procédés d’Altération Associés aux Systèmes de Formation de Minerai, 1 – 43, 315 – 339, 1994.
Hagemann, Steffen Dr., Hydrothermal Alteration Systematics, Série de conférences sur la Genèse du Minerai, Conférence 364, 2001. http://www.virtualgeology.com.Jessey, Dr., Theories of Ore Genesis GSC433 Conférence. http://geology.csupomona. edu/drjessey/class/GSC433/Genesis.
Jones et Hutton., Université de Wollongong, GEOS102 Minerais 3 – Conférence sur les dépôts hydrothermaux http://cedir.uow.edu.au/Projects/GEOS102/lectures/ach6.html. 2000.
Kirkemo, Harold et William L. Newman et Roger P. Ashley. « Or ». U.S. Geological Survey. http://pubs.usgs.gov/gip/prospect1/goldgip.html>> 1997.
Lamber, David., Le Guide de terrain de la géologie. À New York. Faits au dossier. 1988.
McCaffrey et Pavey, Conférence 1 – Minerais et Minerais Minéraux, 5.2 Critères de Formation de
Minerais Hydrothermaux, Conférence 6 – Minerais formés par des Processus Hydrothermaux II: Dépôts Intracrustaux. http://www.dur.ac.uk/juliette.pavey/geology/lectoutline.htmPirajno, Franco., Gisements Minéraux Hydrothermaux, 22, 33, 42 – 44, 101, 110 – 123, 1939.
Schafersman, Steven D., Université de Miami. GLG 111 Chapitre 21 : Ressources géologiques. Aperçu de la conférence. http://www.utpb.edu/SCIMATH/schafersman/geology/phy-geol/lecture-notes/ch21-resources.html.Skinner, Brain J., La Planète bleue: Une Introduction à la Science du Système Terrestre, 419 – 425.
Williams, Curtis. Altération Hydrothermale et Dépôts minéraux. http://www.indiana. edu /~sierra / papiers / williams.HTML.
Matériaux collectés à partir du liant G188. Compilé par John Rupp, Michael Hamburger et instructeur adjoint. Du 10 au 25 mai 2003.
Travaux sur le terrain de la région de la Sierra Nevada, Géologie G188. Compilé par Megan Patterson. Du 10 au 25 mai 2003.
Sites only used for images/ figures
http://www.davidkjoyceminerals.com/graphics/841.jpg
www.usd.edu/esci/figures
www.zambia-mining.com/gold%20vein.jpg
