2020 PhD position

PhD position: Metalloids (Sb, As) and metals (W, Hg, Au) transport and trapping processes associated with mafic magmatism within a pre-orogenic convergence setting

PhD advisors: Pr. Stanislas SIZARET (ISTO) and Dr. Eric GLOAGUEN (BRGM-ISTO)

Questions/Informations or send an application by email to ssizaret@univ-orleans.fr AND e.gloaguen@brgm.fr up to 15 March 2020.

This thesis, part of the ERA-MIN2 AUREOLE project, aims to improve our understanding of metalloids and metals transport and trapping processes from mafic intrusives and/or host meta-sediments. Unlike "orogenic gold" mineralisation, the sources and processes of mobilisation of antimony and mercury remain largely unknown, although a link with early mafic intrusions has been proposed without being demonstrated. The objective is to establish all the factual elements that tend to demonstrate or refute this link and to quantify, by means of a 3D numerical modeling of the fluid flow, the respective roles of the permeability (alterations, deformation) and the heat flow (intrusions, host-rocks) on the hydrodynamics of these fossil geothermal systems. It will be based on the study of mafic intrusions, host-rocks and Sb ± W ± Hg Carboniferous mineralisations from the Centro-Iberian zone, including the world-class Almaden deposit. Field data, coupled with 3D geological modeling constrained by gravimetry, laboratory data (mineralogy, geochemistry, isotopy, geochronology) and chemicophysical mechanisms will constrain the 3D fluid flow numerical models within a Variscan geodynamic framework at the Devono-Carboniferous boundary.

Keywords: Antimony (Sb); mafic magmatism; Hydrothermalism; alterations; modelisation; fluid flow; quantification; chemicophysical mechanisms

Titre de la thèse : Processus de transport et de piégeage des métalloïdes (Sb, As) et des métaux (W, Hg, Au) associés au magmatisme mafique en contexte de convergence pré-orogénique

Directeurs de thèse : Pr. Stanislas SIZARET (ISTO) et Dr. Eric GLOAGUEN (BRGM-ISTO)

Informations et candidatures par email à : ssizaret@univ-orleans.fr ET e.gloaguen@brgm.fr jusqu'au 15 Mars 2020

L’antimoine, classé substance critique par la Commission Européenne, est principalement utilisé pour ses propriétés ignifuge. En Europe de l’ouest, la chaine varisque porte de nombreux gisements et indices. A ce jour, peu d’études se sont focalisées sur la métallogénie des concentrations à antimoine /  mercure. Classiquement. Ce type de gisement est affilié aux minéralisations du type « Or orogénique » (e.g. Groves et al, 1998) et ce parce que les 4 métaux/métalloïdes, mercure (Hg), arsenic (As), or (Au), antimoine (Sb) sont des associations classiques des systèmes géothermaux actuels et fossiles (e.g. Akçay et al, 2006; Ewers & Keays, 1977; White, 1981). Cependant, le type « orogénique », tel que défini par Groves et al (1998), rend mal compte des gisements d’Or varisques, et semble encore moins adapté pour les gisements à Sb-Hg. En effet, alors que « l’or orogénique » est défini en référence à des gisements par des fluides issus de réactions métamorphique lors de collisions orogéniques (Phillips & Powell, 2010), les gisements varisques, sont plutôt formés en contexte extensif à la fin du cycle orogénique varisque et est appelé l’évènement « Or 300 » (Bouchot et al. 2005).

Les gisements à Sb sont filoniens ou stratoïdes en remplacement dans des carbonates. Ils sont formés à faible profondeur et impliquent généralement des fluides métamorphiques et météoriques (Schwarz-Schampera 2014). Récemment, Pochon et al. (2016a,b, 2017, 2018, 2019) ont démontré, dans le Massif Armoricain, un lien spatial et chronologique entre ces minéralisations et un évènement mafique de grande ampleur à 360 Ma synchrone du blocage de la subduction continentale. Ce résultat suggère un model génétique en lien avec des processus profonds et de sub-surface, très différent du model « Or orogénique » classique. Il est donc nécessaire de redéfinir ce type de gisement en se basant sur les processus génétiques.

Si un possible lien génétique entre les intrusions mafiques précoces et les minéralisations à Sb et Hg a été proposé, il existe d’autres sources potentielles d’où Sb et Hg peuvent être mobilisés. L’antimoine est relativement rare dans la croûte terrestre. Il légèrement plus abondant dans la croute océanique (0.8 ppm, Jochum & Hoffmann 1997) que dans la croûte continentale. Cependant, il existe des formations sédimentaires exceptionnelles où sa teneur est de l’ordre de 2,5 à 10 ppm. Les gisements Sb, avec des teneurs de l’ordre du pourcent Sb, témoignent de processus d’extraction et de concentration hors du commun (x 15 000 à x 150 000). De même, la mobilisation de Hg et Sb par les fluides est principalement contrôlé par la température, la fO₂, le pH, la salinité et l’activité en soufre (William-Jones & Normand 1997).

Pour identifier un modèle génétique pertinent dans le cycle varisque, nous avons choisi de travailler sur les gisements de la région centro ibérique, dont celui d’Almaden, qui représente une la plus importante concentration de mercure sur terre et une référence typologique.  Dans le Massif ibérique, de nombreuses minéralisations Sb et Hg±W±Au sont spatialement associées à un magmatisme mafique (Gumiel et al 1976). L’évènement thermique et le magmatisme mafique associé à ce gisement a d’ailleurs été daté à 360 Ma (Hall et al 1997 ; Higueras et al 2013). Dans ce contexte, si les minéralisations Sb et Hg sont associées à ce magmatisme pourquoi sont-elles variablement enrichies en W, Au, As et quels sont les processus contrôlant ces variations ?

Cette thèse, qui s’intègre au sein du projet européen ERA-MIN2 AUREOLE, propose de réaliser une étude pluridisciplinaire avec pour objectifs principaux :

1. Caractériser et quantifier les liens entre les minéralisations et les métaux et leurs porteurs dans ces magmas mafiques
2. Confirmer/infirmer un possible lien entre le magmatisme à 360 Ma et les minéralisations Sb±Hg±W.

Les résultats viendront nourrir une proposition pour un nouveau modèle métallogénique d’échelle crustale. 

La méthodologie proposée consiste à établir un modèle numérique pour de tester différentes hypothèses génétiques (Comparaison des simulations aux données de terrain et réalisation des bilans de masse à partir des flux). La création d’un modèle numérique est en lui-même un challenge à relever puisqu’ils doivent coupler les mécanismes physiques et chimiques et tenir compte des rôles relatifs de la perméabilité dynamique (altérations, déformation) et des flux de chaleur (intrusions, encaissants) sur les écoulements hydrothermaux de ces systèmes fossiles. Pour construire ce modèle nous établirons préalablement un model géologique conceptuel qui sera contraint par :  une modélisation géologique 3D (méthode gravimétrique) et des informations sur la pression, la température, la chimie et le temps issues de minéralogie, géochimie, isotopie, géochronologie.

Références

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