Thèse Année : 2021

Spatial and temporal distribution of the Panafrican gold mineral system within the Arabian-Nubian shield: multi-scale study along the Keraf suture, northeastern Sudan

Répartition spatio-temporelle du système métallogénique de l’or panafricain au sein du bouclier arabo-nubien : étude multiscalaire le long de la suture de Keraf (Soudan)

Julien Perret
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1103543

Résumé

Gold is a siderophile element preferentially concentrated in the Earth’s mantle and core. The understanding of mechanisms leading to its transfer towards the crust requires the study of the geodynamical evolution of juvenile crust portions, i.e., crystallized from melt directly extracted from the mantle. The gold mineral system thus combines the deciphering of crustal fertilization geodynamical processes and subsequent transient tectono-metamorphic setting(s) favorable for remobilization of this metal-enriched reservoir and formation of mineralized occurrences. This approach is applied to the Keraf and Atmur-Delgo sutures which are part of the Arabian-Nubian shield, the world-largest track of Neoproterozoic juvenile crust and one of the main Pan-African gold provinces. Although these structures are considered as insightful windows into the assembly of Gondwana in Sudan and host major gold deposits, their coupled geodynamical-metallogenic evolution remains poorly understood. We report the existence of two magmatic flare-ups with suprachondritic Hf and Nd signals, recording the build-up and maturation of island arcs along these suture zones between 840-810 Ma and 760-655 Ma. The ~185 Myr-long lifespan of the island arc described along the Keraf suture and its predominant juvenile nature likely accounted for crustal gold fertilization at the regional scale. The earliest crustal growth stage, only recorded along the Keraf suture, is coeval to minor magmatic-hydrothermal gold event. Both the Keraf and Atmur-Delgo sutures keep record of the second island arc flare-up. The matching between field and laboratory data exemplifies the district- to microscopic-scale spatial continuity of structural control on later gold-bearing structures described in this study. On one hand, a gold event occurred between 755-725 Ma, during high-strain progressive deformation expressed by sheath folding and the formation of linear ore shoots under lower amphibolite facies metamorphism. It likely relates to tectonic accretion of the sedimentary wedge at the Atmur-Delgo intra-oceanic subduction site. At the microscopic scale, the ore formation involved the syn-metamorphic remobilization of the gold budget contained in earlier sulfide generations. On another hand, several orogenic gold deposits display intrusion-hosted mineralized extension veins, highlighting a strong rheological control on ore deposition. The fault-valve mechanism induced the formation of mineralized veins, triggered by episodic and localized reactivation of crustal strike-slip shears within the Keraf suture zone until 550 Ma. Gold events described along the Atmur-Delgo and Keraf sutures are the oldest vein-type gold and youngest orogenic gold episodes reported throughout the Arabian- Nubian shield to this day, respectively. The mineral system approach therefore enables district-scale ore targeting by translating magmatic processes and tectono-metamorphic settings into environments and geological features (e.g., relics of an island arc and/or an accretionary wedge, presence of late collisional strike-slip shears) favoring the formation of gold occurrences with very distinct structural, geochemical and timing characteristics in the western Arabian-Nubian shield. This alternative view of ore deposits sharply contrasts with the typological strategy which targets a single class of ore occurrence with an effectiveness limited to the deposit scale.

L’or est un élément sidérophile préférentiellement contenu dans les enveloppes internes de la Terre. La compréhension des mécanismes permettant son transfert vers l’écorce terrestre passe par l’étude de l’évolution géodynamique des segments de croûte dite juvénile, i.e., dérivée de matériel extrait directement du manteau. Le système métallogénique de l’or s’intéresse donc (i) à l’environnement géodynamique favorable à la fertilisation en or de la croûte et (ii) au(x) contexte(s) tectono-métamorphique(s) ayant permis la remobilisation de ce réservoir et sa concentration sous forme d’occurrences minéralisées. Cette démarche est appliquée aux sutures de Keraf et d’Atmur- Delgo au sein du bouclier arabo-nubien, le plus grand segment au monde de croûte juvénile néoprotérozoïque et l’une des principales provinces aurifères panafricaines. Si ces structures sont considérées comme des marqueurs de la formation du supercontinent Gondwana au Soudan et hébergent de nombreux gisements aurifères, leur évolution géodynamique et métallogénique reste méconnue. Deux pics d’activité magmatique à signatures isotopiques Hf et Nd suprachondritiques enregistrent la formation et la maturation de différents arcs insulaires le long de ces zones de suture entre 840-810 Ma et 760-655 Ma. La longue durée de vie (185 millions d’années) de l’arc insulaire décrit le long de la suture de Keraf et sa nature juvénile prédominante expliqueraient la fertilisation crustale en or à l’échelle régionale. La première phase de croissance crustale, uniquement enregistrée le long de la suture de Keraf, est associée à un événement aurifère mineur, de nature magmatohydrothermale. La seconde période d’activité magmatique est associée au fonctionnement d’arcs insulaires le long des sutures de Keraf et d’Atmur-Delgo. Le couplage d’observations et de mesures réalisées du terrain au laboratoire illustre la continuité spatiale du contrôle structural des minéralisations postérieures au premier événement aurifère décrit. D’une part, un épisode minéralisateur a lieu vers 755-725 Ma, lors d’un continuum de déformation exprimé par la mise en place de plis en fourreau et de structures minéralisées linéaires. Les roches encaissantes de la minéralisation sont affectées par un métamorphisme au faciès amphibolite inférieur. À l’échelle du district, cet événement aurifère est associé à l’accrétion tectonique dans le prisme sédimentaire en avant de l’arc d’Atmur-Delgo. À l’échelle microscopique, la minéralisation résulte de la remobilisation syn-métamorphique du stock d’or contenu par les sulfures préexistant. D’autre part, plusieurs gisements d’or orogénique sont exprimés sous forme de veines d’extension hébergées par des corps intrusifs, illustrant un fort contrôle rhéologique de la minéralisation. Les veines minéralisées sont formées selon le mécanisme de faille-valve, en réponse à la réactivation épisodique et localisée de décrochements crustaux jusqu’à 550 Ma au sein de la suture de Keraf. Les deux événements minéralisateurs exprimés le long des sutures d’Atmur-Delgo et de Keraf sont respectivement le plus ancien associé à des veines aurifères et le plus jeune d’or orogénique décrits à ce jour au sein du bouclier arabo-nubien. L’application du système métallogénique permet de définir des clés d’exploration à l’échelle du district qui traduisent des processus magmatiques (e.g., reliques d’arc insulaire) et contextes tectonométamorphiques (e.g., prisme d’accrétion, décrochements tardi-orogéniques) contrôlant des minéralisations aurifères aux caractéristiques structurales, géochimiques et chronologiques très variables dans la partie occidentale du bouclier arabo-nubien. Cette stratégie diffère singulièrement de l’approche typologique dont l’efficacité se limite à (i) un unique type de minéralisation et à (ii) la prospection à l’échelle du gisement.

Fichier principal
Vignette du fichier
PhD_Perret_20210628_compressed.pdf (68.99 Mo) Télécharger le fichier
Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Licence

Dates et versions

tel-03273038 , version 1 (28-06-2021)

Licence

Identifiants

  • HAL Id : tel-03273038 , version 1

Citer

Julien Perret. Répartition spatio-temporelle du système métallogénique de l’or panafricain au sein du bouclier arabo-nubien : étude multiscalaire le long de la suture de Keraf (Soudan). Géologie appliquée. Université de Lorraine, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LORR0117⟩. ⟨tel-03273038⟩
346 Consultations
146 Téléchargements

Partager

  • More