III-1-a) Présentation générale du problème.
Les gisements minéraux épithermaux et porphyriques (Au-Ag-Cu-Mo) sont généralement reconnus comme résultant de la combinaison de processus magmatiques et hydrothermaux.
D’un côté, les processus magmatiques seraient responsables de l’incorporation et de la pré-concentration des métaux dans les magmas minéralisateurs. De nombreux auteurs ont noté une corrélation entre les processus à l’origine des gisements minéraux et l’intrusion de magmas spécialisés. Par exemple, il a notamment été décrit une association entre des gisements à Cu-Mo et des magmas oxydés contenant de la magnétite (Ishihara, 1981; Blevin et Chappell, 1992). De la même façon, les gisements Au-Cu seraient susceptibles d’être associés à des roches calco-alcalines potassiques et à des shoshonites (Müller et Groves, 1993), et l’existence d’un lien entre des gisements d’importance économique et des magmas d’arc alcalins a été démontrée en Papouasie-Nouvelle Guinée (Richards, 1990). Dans d’autres cas, une relation préférentielle semble exister entre un magmatisme adakitique et des gisements épithermaux et porphyriques à Au-Ag-Cu-Mo (Baldwin et Pearce, 1982;
Thiéblemont et al., 1997; Sajona et Maury, 1998; Gonzalez-Partida et al., 2003; Levresse et al., 2004; Rae et al., 2004). Ces constatations suggèrent que la nature des magmas impliqués, ainsi que les conditions de genèse de ces magmas (pression, température, état rédox, fugacités des phases volatiles, composition des roches source, degré de fusion partielle, fractionnement potentiel de phases à métaux et/ou à soufre à des pressions mantelliques), doivent jouer un rôle clé dans la concentration des métaux nécessaire à leur dépôt consécutif sous forme de gisements.
D’autre part, les fluides hydrothermaux contrôleraient le transfert de ces métaux autant que leur dépôt (Hedenquist et Lowenstern, 1994; White et Hedenquist, 1995). La mise en place d’un magma dans la croûte et son fractionnement progressif fournissent des fluides hydrothermaux d’origine magmatique (voir Figure 1 de l’introduction). Leur composition et
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leurs caractéristiques physico-chimiques, et donc la nature et la quantité des métaux qu’ils sont susceptibles de transporter, sont fonction des conditions d’exsolution et des caractéristiques du magma source. Par exemple, la formation de complexes hydro-sulfurés à Cu-Au à partir de magmas oxydés en cours de cristallisation serait ainsi amplifiée par le fractionnement de magnétite (Sun et al., 2004). Et Sillitoe et Bonham (1990) de proposer que l’or, véhiculé par des fluides magmatiques hydrothermaux, peut être déposé jusqu’à des distances de plusieurs kilomètres à partir des intrusions génératrices. D’une manière plus contrastée, en ce qui concerne le gisement de classe mondiale à Cu-Au de Grasberg, Mathur et al. (2000) considèrent que la concentration de l’or s’est faite par le biais de systèmes magmatiques-hydrothermaux, tout en suggérant une source sédimentaire crustale pour ce métal. Cette hypothèse fait appel à un autre type de fluides hydrothermaux, d’origine météorique et non plus magmatique, dont la circulation convective dans la croûte supérieure est provoquée par la chaleur dégagée suite à la mise en place d’une intrusion magmatique.
Bien que le rôle des fluides hydrothermaux en tant qu’agents de transfert et de depôt des métaux soit désormais bien apprécié et compris (Keays et Skinner, 1989; Hedenquist et Lowenstern, 1994; White et Hedenquist, 1995; Ulrich et al., 1999; Harris et al., 2003;…), comparativement peu d’études ont examiné à ce jour les mécanismes de pré-concentration des métaux au stade magmatique – c'est-à-dire, lors de la genèse des magmas et avant leur mise en place dans la croûte supérieure, donc avant tout fractionnement intensif. Selon ce point de vue, quelques explications ont été proposées pour rendre compte de la genèse d’importants gisements Au-Cu au toit des zones de subduction, même si cela reste largement incompris.
Ainsi, il a été suggéré (Sillitoe, 1997; Mungall, 2002) que l’occurrence de tels gisements dépend de la disponibilité des éléments chalcophiles (c'est-à-dire, présentant une affinité avec le soufre) dans la région source mantellique des magmas d’arc. Ceci nécessiterait que le coin de manteau sub-arc soit dans un état oxydé de façon à minimiser la présence de sulfures de fer (l’or et le cuivre, entre autres métaux, étant considérés comme particulièrement compatibles dans ces phases) au niveau des zones sources des magmas.
L’intrusion de liquides silicatés mafiques dans des chambres magmatiques sub- volcaniques a aussi été proposée pour expliquer l’apport de soufre et d’éléments chalcophiles dans des chambres magmatiques andésitiques à dacitiques en cours de fractionnement (Keith et al., 1997; Hattori et Keith, 2001). Cependant il convient d’abord de comprendre l’origine de la richesse potentielle en soufre et métaux de ces magmas mafiques.
En outre, certains cadres tectoniques a priori favorables à la genèse d’importants gisements aurifères ont été répertoriés par Cooke et al. (2005) et Gow et Walshe (2005). Ils
incluraient notamment le début et la fin d’une subduction plate (Figure 1 ; Kay et Mpodozis, 2001; Hollings et al., 2005), l’inversion de polarité d’une zone de subduction (Solomon, 1990), et l’arrêt d’une subduction suite à une collision (McInnes et Cameron, 1994; Sillitoe, 1997). Cependant ces considérations géodynamiques, indispensables au demeurant, sont rarement accompagnées de bases théoriques et thermodynamiques satisfaisantes pour contraindre efficacement et réellement l’enrichissement potentiel en or des magmas d’arc considérés.
Figure 1 : Schéma montrant un modèle génétique pour les districts miniers miocènes des Andes centrales.
Le stade 1 montre l’équilibration des magmas avec des résidus riches en pyroxène dans une croûte continentale d’épaisseur normale surplombant une subduction relativement pentue. Les stades 2 et 3 montrent l’équilibration des magmas avec des résidus riches en amphibole et en grenat dans la partie profonde d’une croûte épaissie au-dessus d’une subduction plate. La minéralisation s’opère entre les stades 2 et 3 (d’après Kay et Mpodozis, 2001).
III-1-b) Magmatisme adakitique et gisements aurifères.
Compte-tenu du déséquilibre manifeste entre le nombre d’études effectuées sur les deux aspects, magmatiques et hydrothermaux qui contrôlent le développement des gisements minéraux épithermaux et porphyriques, seule l’approche magmatique du problème sera ici considérée dans le but de mieux comprendre les facteurs de pré-concentration des métaux, l’or notamment.
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Comme signalé plus haut à titre d’exemple (§ III-2-a) mais sans l’insistance que cela mérite, une association particulièrement étroite, spatiale et temporelle, entre des magmas adakitiques, aussi bien intrusifs que volcaniques, et des gisements épithermaux et porphyriques à Au-Ag-Cu-Mo d’importance économique considérable, a été maintes fois constatée, et continue de l’être, par de nombreux auteurs le long des zones de subduction actives et Cénozoïques de la ceinture de feu du Pacifique (Baldwin et Pearce, 1982;
Thiéblemont et al., 1997; Sajona et Maury, 1998; Imai, 2001, 2002; Gonzalez-Partida et al., 2003; Levresse et al., 2004; Rae et al., 2004), et notamment sur l’archipel des Philippines (voir Tableau 2 et Figure 9 de l’introduction).
Or, il se trouve que les cadres géodynamiques favorables à la mise en place de gisements aurifères cités plus haut (§ III-2-a) sont également ceux qui prédisposent à la formation de magmas adakitiques (Jégo et al., 2005). On peut entre autres citer Sajona et al.
(1993, 1994, 2000a, 2000b) pour qui les régimes thermiques transitoires associés au début et à la fin d’une subduction sont propices à la formation de magmas adakitiques. De même, Gutscher et al. (2000) et Bourdon et al. (2002, 2003) considèrent qu’une subduction plate permet la mise en place d’adakites en position arrière-arc (Figure 2). Ces cadres tectoniques particuliers, susceptibles de provoquer la fusion partielle de la plaque plongeante et ainsi de conduire à une sous-famille de roches d’arc calco-alcalines, sont justement présents aux Philippines.
Figure 2 : Evolution en trois étapes montrant la transition d’une subduction pentue à une subduction plate due à l’enfouissement d’une croûte océanique épaissie et moins dense (e.g., plateau océanique), avec l’impact sur le magmatisme d’arc (d’après Gutscher et al., 2000).
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Une telle association spatio-temporelle entre un type pétrologique clairement défini et des gisements minéraux à cuivre et or à l’échelle quasi-mondiale est un cas unique et mérite donc d’être comprise. Concernant ce problème particulier, l’explication n’est probablement pas à rechercher du côté des systèmes hydrothermaux du fait de leur postériorité par rapport à la mise en place des intrusions dans la croûte ou au remplissage des chambres magmatiques, ce qui permet de supposer qu’ils sont déconnectés de toute influence de la nature même des roches impliquées. La solution doit donc nécessairement être liée à la pétrogenèse des adakites, aussi discutée soit-elle (Jégo et al., 2005). C’est pourquoi l’hypothèse d’un enrichissement en or des magmas adakitiques par rapport aux magmas d’arc classiques doit être envisagée.
Nous avons donc exploré l’hypothèse du caractère spécialisé vis-à-vis de l’or des magmas adakitiques, par comparaison avec des magmas non-adakitiques.