Evolution et origine des saumures dans les bassins protérozoïques au voisinage de la discordance socle/couverture : l'exemple de l'environnement des gisements d'uranium associés aux bassins Kombolgie (Australie) et Athabasca (Canada) - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2002

Evolution and origin of brines in Proterozoic basins in the vicinity of the basament/cover unconformity. Applicationto uranium deposits in the Kombolgie (Australie) and Athabasca (Canada) basins

Evolution et origine des saumures dans les bassins protérozoïques au voisinage de la discordance socle/couverture : l'exemple de l'environnement des gisements d'uranium associés aux bassins Kombolgie (Australie) et Athabasca (Canada)

Abstract

The nature evolution and origin of ftuids that circulate at the basis of two Proterozoilc sandstone basins (Kombolgie and Athabasca) associated with unconformity type uranium mineralization have been characterised.Several techniques (mlcrothermometry, Raman, LlBS) were used to analyse individual fluid inclusions from different quartz generations. The couplinq of these techniques enabled to determine the composition of the paleofluids that are probably irnplied in the genesis of these uranium deposits.The P, T, x evolution of these fluids has been reconstructed. A common model! of fîuid circulation for the two basin is proposed : A chloride-rich sodlum dominated brins (15-20 wt% NaCl + 4-12 wt% CaCl2), highly oxidising (equilibrated with hematite) is responsible for the early diagenetic silicification. The circulation of a calcium-rich brine (25-3Owt.%CaCl2+0-10wt%NaCl)was responsible for the deposition of a secondary quartz and dravite in the sandstone at the emergence of the reverse faults. The calcium content of this brine results from the evolution of the sodic brine through Na-Ca exchange in the basement. A low salinity fluid, which was heated in the basement and which contains sorne traces of methane, dilutes the erines at the basis of the Kombolgie basin, during tectonic movements and hydraulic brecciation. This fluid has been rarely observed in the Canadian deposits. This study has shawn many similarities between the fluid regimes of the Kombolgie and Athabasca basins. ln bath districts, the evolution ofa sodium-rich brine towards a calcium-rich one and their subsequent mixing have been evidenced. Estimated temperatures (160+/-20°C) and depths (4-6 km) are similar for the two basins.Howeverthe brines observed at the basis of the Athabasca basin are slightly more concentrated than brines observed in the Kombolgie sandstone. The low salinity fluid was rarely observed in the Canadian deposits, where it was strongly ccntaminated by H2 and 02 produced by the radiolysis of water at the contact with uranium. This fluid does not show evidences of mixing with the brines. The uranium ore deposition in the Athabasca deposits seems to be rather asscciated with the interaction of the oxidised uranium bearing brines with the reducing basement lithologies than with the mixinq between the brines and a reducing fluid. However, the latter corresponds to the conditions of uranium ore deposition in the Australien deposits. One of the major parameters that may have controlled the importance of these deposits seems to be the ability of these thick, intracontinental and highly oxidised mid-Proterozoic detrital and evaporitic sedimentary basins to generate highly concenffated sodi-calcic chloride brines.
La nature, l'évolution et l'origine des fluides circulant à la base de deux bassins gréseux protérozoïques (Kombolgie et Athabasca) associés à des minéralisations uranifères de type discordance ont été caractérisées. L'étude multitechnique (microthermométrie, Raman, LlBS) des inclusions fluides piégées dans différents types de quartz a permis de reconstituer la composition chimique détaillée des paléofluides impliqués dans le dépôt des minéralisations. L'évolution P, T, x de ces fluides à l'interface socle/couverture gréseuse a été reconstituée. Le modèle de circulation de fluides et de relation fluides-minéraux proposé pour les deux bassins est le suivant : La diagenèse siliceuse précoce s'est produite en présence d'une saumure chlorurée, principalement sodique (15 - 20 wt. % NaCl + 4-12 wt. % CaCl2), oxydante (équilibrée avec l'hématite), expulsée de niveaux évaporitiques. La circulation d'une saumure chlorurée, riche en calcium (25-30wt.%CaCl2+0-10wt%NaCl) est responsable du dépôt de quartz secondaire et de dravite dans les grès, à l'émergence des failles ancrées dans le socle. Le caractère très calcique de cette saumure résulte très probablement de l'évolution de la saumure sodique par échange Na Ca lors de l'altération des roches du socle. Un fluide peu salé réchauffé dans les roches du socle, présentant des traces de méthane, a été observé à la base du bassin Kombolgie (Australie), où il dilue les saumures à la faveur de réactivations tectoniques et des bréchifications hydrauliques associées. Les fluides des bassins Kombolgie et Athabasca sont très semblables. Dans les deux districts, l'évolution d'une saumure à dominante sodique vers une saumure plus calcique, ainsi que des mélanges entre ces deux pôles ont été mis en évidence. Les températures et profondeurs estimées pour les deux bassins sont comparables: 160 + ou - 20°C et 4 à 6 km. Cependant, les saumures observées à la base du bassin Athabasca sont sensiblement plus concentrées que celles du bassin Kombolgie. Le fluide peu salé est très rare dans l'environnement des gisements canadiens. Il est tardif par rapport aux saumures et ne se mélange pas avec elles. Il circule probablement après une première phase se minéralisations puisqu'il est fortement contaminé par H2 et 02, qui sont produits par radiolyse de l'eau au contact de l'uranium. La genèse des gisements d'uranium canadiens semble davantage lié aux interactions entre les saumures et les lithologies réductrices du socle, qu'à des processus de mélanges entre les saumures et un fluide réducteur. En revanche, ces derniers sont très probablement à l'origine de la formation des gisements australiens. La présence de niveaux évaporitiques ayant pu générer des saumures chlorurées fortement concentrées représente un paramètre majeur dans le processus global de genèse de telles concentrations en uranium.

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Donatienne Derome. Evolution et origine des saumures dans les bassins protérozoïques au voisinage de la discordance socle/couverture : l'exemple de l'environnement des gisements d'uranium associés aux bassins Kombolgie (Australie) et Athabasca (Canada). Sciences de la Terre. Université Henri Poincaré - Nancy 1, 2002. Français. ⟨NNT : 2002NAN10230⟩. ⟨tel-01746740⟩
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