Rozprawy doktorskie na temat „Uranium – Gisements – Nunavut (Canada)”

Les bassins Paléo- à Mésoproterozoiques (1750-1500 Ma) de l’Athabasca (Saskatchewan) et du Thelon (Nunavut), ainsi que le socle sous-jacent, présentent des gisements d’uranium de classe mondiale. Néanmoins, malgré son fort potentiel exploratoire, le bassin du Thelon, moins accessible, a été bien moins étudié à ce jour. La zone de Kiggavik, sur la bordure Est de ce bassin, a été intensément explorée par AREVA Resources Canada (ARC) jusqu’en 2016 ; elle abrite des minéralisations à uranium économiquement importantes, présentant un contrôle clair par la fracturation. Préciser la genèse, le contrôle structural et la chronologie de ces minéralisations est crucial pour comprendre le développement et la localisation de ces gisements, et par conséquent pour améliorer les stratégies d’exploration dans ce district. Ce travail de thèse se focalise sur l’étude du réseau complexe et polyphasé de fractures et de failles associé aux minéralisations à uranium dans la zone de Kiggavik. Il consiste en une étude multi-échelle intégrée combinant des analyses méso- à microstructurales sur le terrain et sur carottes de forages avec des analyses pétrologiques, géochimiques et géochronologiques. Les données géophysiques et géologiques sur le prospect de Contact récemment découvert, mais aussi celles provenant des autres gisements et prospects de la zone, ont permis de construire un modèle tectono-métallogénique multi-stade à l’échelle de la zone de Kiggavik. Nos résultats montrent que les failles majeures de directions ENE-WSW et NE-SW ont été préalablement formées durant les orogenèses Thelon-Taltson (2100-1900 Ma) et Trans-Hudson (1900-1800 Ma) ; ces failles ont été minéralisées en uranium à quatre stades : U0, U1, U2 et U3, chacun présentant des caractéristiques distincts en terme de fracturation, altération et minéralisation. La minéralisation U0 est interprétée comme étant d’origine magmatique, se déroulant à ~1830 Ma ; elle est liée à une micro-bréchification de la roche encaissante, qui présente une très faible altération. Cet événement tectonique s’est déroulé sous une contrainte encore mal contrainte, avec un raccourcissement de direction WSW-ENE. Cette minéralisation est suivie par un événement tectonique à ~1750 Ma qui a entrainé une forte bréchification siliceuse associée à une hématisation pervasive de la roche encaissante. Cette événement est antérieur au dépôt de la formation du Thelon et est d’origine magmatique-épithermale. Il a entrainé une silicification pervasive des failles précédemment formées, donnant naissance à la « Quartz Breccia » qui a compartimentalisé les événements de fracturation qui ont suivi, contrôlant les fluides minéralisateurs en agissant comme une barrière. Le stade de fracturation-minéralisation U0 et l’événement silicifiant reflètent l’importance des événements pré-Thelon en lien avec le magmatisme du groupe de Baker Lake, dans le contrôle de la fracturation et des circulations de fluides postérieures, et par conséquent de la localisation des minéralisations à uranium. U1, U2 et U3 sont postérieures au dépôt de la formation du Thelon : U1 et U2 sont deux minéralisations de type discordance, associées à des stades de fracturation qui se sont produit en réponse à un σ1 de direction WNW-ESE et σ3 de direction NNE-SSW; et à un σ1 de direction NE-SW et σ3 de direction NW-SE, respectivement. U1 et U2 se sont formées entre ~1500 et 1300 Ma et sont liées à la circulation de saumures diagénétiques porteuses d’uranium venant de la formation du Thelon. Postérieurement à U1 et U2, mais antérieurement à la mise en place des dykes de MacKenzie (1267 Ma), une contrainte extensive NE-SW a causé le décalage normal-dextre des corps minéralisés précédemment formés, via la réactivation de failles de directions NNW-SSE et E-W. Cet événement de fracturation a entrainé la circulation de fluides chauds, acides qui ont provoqué la désilicification et l’illitisation de la roche encaissante et à la déstabilisation des oxydes [...]
The Paleoproterozoic to Mesoproterozoic (1750–1500 Ma) Athabasca (Saskatchewan) and Thelon (Nunavut) basins, Canada, host world-class high-grade uranium deposits. However, while being prospective, the Thelon Basin has been much less accessible and studied to date. The Kiggavik area, on the eastern border of the Thelon Basin was intensively explored by AREVA Resources Canada (ARC) until 2016, and hosts significant fracture-controlled uranium resources. Understanding the genesis, structural controls and timing of the mineralization is crucial to better understand the development and location of these deposits, and therefore to improve exploration strategies in this uranium district. This work focuses on the study of the complex multiphase fault and fracture network associated with uranium mineralization in the Kiggavik area. It consists in an integrated and multiscale study combining meso- and microstructural analyses from field and drill cores with petrological, geochemical and geochronological analyses. Geophysical and geological data from the recently discovered Contact prospect as well as from other nearby deposits and prospects enabled us to decipher the tectono-metallogenic multi-stage model at the scale of the entire Kiggavik area. Our results show that the main ENE-WSW and NE-SW fault zones formed earlier during the Thelon and Trans-Hudsonian orogenies and were mineralized in four stages, U0, U1, U2, U3, with distinctive fracture, alteration and mineralization patterns. U0, inferred of magmatic origin, likely occurred at ca. 1830 Ma and is related to micro-brecciation and weak clay-alteration under a yet poorly constrained stress, likely a WSW-ENE shortening. This event is followed by intense quartz brecciation, iron oxidation and veining at ca. 1750 Ma. This silicifying event that predates deposition of the Thelon formation is of magmatic epithermal origin; it caused pervasive silicification of former fault zones, giving birth to the so-called Quartz Breccia that compartimentalized subsequent fracturing and behaved as a barrier for mineralizing fluids. Both the U0 mineralization and the subsequent silicifying events reflect the importance of pre-Thelon magmatic-related fracturing/fluid circulation events on controlling the future development and location of later unconformity-type uranium deposits. U1, U2 and U3 postdate deposition of the Thelon formation; U1 and U2 mineralization events are associated with two fracturing stages that occurred in response to a far-field stress that evolved from WNW-ESE σ1 and NNW-SSE σ3 to NE-SW σ1 and NW-SE σ3, respectively; both formed at ~1500-1300 Ma and are related to circulation of Thelon-derived U-bearing basinal brines. A post U1/U2, but pre-MacKenzie dikes, NE-SW oriented extensional stress caused the normal-dextral offset of the orebodies by reactivating NNW-SSE and E-W faults. This fracturing event triggered circulation of hot acidic fluids, desilicifying, illitizing and bleaching the host-rock, remobilizing and reprecipitating previous uranium stock. U3 is linked to uranium redistribution/reconcentration along redox fronts and occurred through weak reopening of the fracture network enhancing percolation of meteoric fluids at 500-300 Ma. Our study shows that unlike in the Athabasca Basin where uranium deposits are unconformity-related in type and where clay alteration halos are spatially and genetically associated to ore bodies, in the Kiggavik area (1) uranium deposits are of mixed type evolving from magmatic-related (U0) to unconformity-related (U1-U2), with a final perturbation by meteoric fluid percolation (U3), and (2) the strongest clay alteration event postdates the main stages of mineralization (U0 to U2). Our study also emphasizes the need of accurate structural analyses combined with petro-geochemical and geochronological studies to better constrain the genesis and the structural plumbing responsible for ore deposits formation and to help provide more [...]

Le district aurifère de Meliadine se situe à 25 kilomètres au nord de Rankin Inlet, Nunavut (Canada), dans la ceinture archéenne de roches vertes de Rankin Inlet. L’assise rocheuse est composée de roches sédimentaires métamorphosées au grade des schistes verts incluant des Formations de Fer Rubanées (FFR) intercalées avec des roches mafiques. La minéralisation aurifère est distribuée le long de la faille Pyke. Des FFR abritent la minéralisation aurifère composée de veines de quartz riches en sulfures. Sept échantillons de till ont été prélevés parallèlement au sens de l’écoulement glaciaire à l’indice Mustang, le long d’un transect de 2 km. Deux échantillons ont été collectés en amont de l’indice et cinq dans le train de dispersion. La composition de la magnétite, de la tourmaline, de la scheelite, de l’arsénopyrite et de la galène a été investiguée par microsonde électronique et par ablation laser et spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif. La composition chimique de ces minéraux indicateurs provenant des dépôts est comparée avec celle des grains des échantillons de tills. La signature chimique de la magnétite des FFR est plus riche en Al que la signature de la magnétite magmatique et métamorphique, qui elle est plus riche en V. Cependant elle se confond en partie avec celle de la magnétite hydrothermale. Des grains de tourmaline avec un profil de terres rares plat avec anomalie positive en europium sont présents dans des veines de quartz-carbonate des dépôts et dans certains échantillons de till en aval de l’indice Mustang. Des grains de scheelite avec un profil de terres rares en cloche et une anomalie négative en europium sont retrouvés à l’indice Mustang ainsi que dans certains échantillons en aval de l’indice. L’abondance des grains d’or ainsi que la scheelite et la tourmaline portant la signature géochimique des dépôts de Meliadine permettent de détecter l’indice d’or Mustang partiellement érodé par les glaciers.
The Meliadine Gold District is located about 25 kilometres north of Rankin Inlet, Nunavut (Canada), in the Archean Rankin Inlet greenstone belt. The bedrock is composed of greenschist facies metamorphic sedimentary rocks including Banded Iron Formations (BIF), interbedded with mafic volcanic rocks. Auriferous mineralization is distributed along the Pyke fault. Iron formations host the gold mineralization composed of sulfide-rich mesothermal quartz veins. Gold is mainly disseminated in BIF and quartz-carbonate veins. Seven till samples were collected parallel to the direction of ice flow at the Mustang showing, along a 2 km transect. Two are located up-ice and five down-ice in the dispersal train. The composition of magnetite, tourmaline, scheelite, arsenopyrite and galena has been investigated by Electron Probe Micro-Analyser and Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry. The chemical composition of these indicator minerals in the deposits is compared with the composition of grains extracted from the till samples. Magnetite from BIF is enriched in Al and bears chemical similarities with hydrothermal magnetite, whereas magnetite from magmatic and metamorphic sources has a higher content in V. Tourmaline from quartz-carbonate veins hosted by mafic rocks is characterised by a flat Rare Earth Elements (REE) pattern with a positive europium anomaly also found in tourmaline from till samples down-ice of the Mustang showing. Scheelite with a bell-shape REE pattern and a negative europium anomaly from the Mustang showing is also found in till samples within the dispersal train. Gold grain abundance, as well as the signature of scheelite and tourmaline reflecting the gold deposits allow detecting the partially eroded gold mineralization.

La minéralisation aurifère de la propriété Amaruq (Nunavut, CA) est recouverte par divers sédiments glaciaires ayant formé des traînées de débris minéralisés sur des surfaces importantes. Ce projet a pour objectif de caractériser la signature minéralogique et géochimique du gisement aurifère dans le till de surface afin de développer des méthodes de prospection pour les travaux d’exploration. 61 échantillons de till ont été récoltés le long de quatre transects pour déterminer les variations de composition dans la direction principale de l’écoulement glaciaire (NNO). Quatre profils verticaux d’ostioles, un par transect, ont été échantillonnés pour documenter la variation de la signature géochimique avec la profondeur. La signature chimique de la scheelite dans le gisement est comparée à celle retrouvée dans le till et permet de tester son utilisation comme outil de prospection glacio-sédimentaire. Trois des quatre profils d’ostioles présentent des concentrations stables des éléments traces avec la profondeur, indiquant une bonne homogénéisation du till par les processus cryogéniques. Les ostioles sont donc un milieu d’échantillonnage pertinent en région de pergélisol. Les analyses en composantes principales (ACP) de la géochimie des échantillons d’une campagne de till fournie par Mines Agnico Eagle ltée (AEM), et les données des transects, décrivent la variance de la roche encaissante mafique/ultramafique et de la minéralisation aurifére (CP1 et CP2 respectivement). Le krigeage des scores de la CP1 et CP2 indiquent des trains de dispersion vers le NNO, en aval glaciaire des zones minéralisées. Les comptages des minéraux indicateurs (MI : or et scheelite) augmentent de façon importante à environ 1.4 km en aval de la minéralisation dans le secteur est de la propriété, dans un till distal formant des formes drumlinoides. Dans le secteur ouest, recouvert d’un till proximal formant des crêtes morainiques, les comptages des MI et les scores de la CP1 augmentent directement en aval de la minéralisation. Les différences de distance de transport entre ces deux secteurs reflètent un changement de la dynamique glaciaire et démontrent l’importance du contexte local dans les travaux de prospection glaciaire. La comparaison de la signature géochimique de la scheelite entre le gisement et et des échantillons de till du transect de Whale Tail, grâce à des diagrammes discriminants et spectres des terres rares, montrent d’importantes similitudes, démontrant sa potentielle utilisation en prospection glacio-sédimentaire pour des gisements de type orogéniques.
La minéralisation aurifère de la propriété Amaruq (Nunavut, CA) est recouverte par divers sédiments glaciaires ayant formé des traînées de débris minéralisés sur des surfaces importantes. Ce projet a pour objectif de caractériser la signature minéralogique et géochimique du gisement aurifère dans le till de surface afin de développer des méthodes de prospection pour les travaux d’exploration. 61 échantillons de till ont été récoltés le long de quatre transects pour déterminer les variations de composition dans la direction principale de l’écoulement glaciaire (NNO). Quatre profils verticaux d’ostioles, un par transect, ont été échantillonnés pour documenter la variation de la signature géochimique avec la profondeur. La signature chimique de la scheelite dans le gisement est comparée à celle retrouvée dans le till et permet de tester son utilisation comme outil de prospection glacio-sédimentaire. Trois des quatre profils d’ostioles présentent des concentrations stables des éléments traces avec la profondeur, indiquant une bonne homogénéisation du till par les processus cryogéniques. Les ostioles sont donc un milieu d’échantillonnage pertinent en région de pergélisol. Les analyses en composantes principales (ACP) de la géochimie des échantillons d’une campagne de till fournie par Mines Agnico Eagle ltée (AEM), et les données des transects, décrivent la variance de la roche encaissante mafique/ultramafique et de la minéralisation aurifére (CP1 et CP2 respectivement). Le krigeage des scores de la CP1 et CP2 indiquent des trains de dispersion vers le NNO, en aval glaciaire des zones minéralisées. Les comptages des minéraux indicateurs (MI : or et scheelite) augmentent de façon importante à environ 1.4 km en aval de la minéralisation dans le secteur est de la propriété, dans un till distal formant des formes drumlinoides. Dans le secteur ouest, recouvert d’un till proximal formant des crêtes morainiques, les comptages des MI et les scores de la CP1 augmentent directement en aval de la minéralisation. Les différences de distance de transport entre ces deux secteurs reflètent un changement de la dynamique glaciaire et démontrent l’importance du contexte local dans les travaux de prospection glaciaire. La comparaison de la signature géochimique de la scheelite entre le gisement et et des échantillons de till du transect de Whale Tail, grâce à des diagrammes discriminants et spectres des terres rares, montrent d’importantes similitudes, démontrant sa potentielle utilisation en prospection glacio-sédimentaire pour des gisements de type orogéniques.
On the Amaruq property (Nunavut, CA), the gold mineralization is covered by a patchwork of glacial sediments, including trains of mineralized debris dispersed over large surfaces. This project aims to define the deposit mineralogical and multi-elemental signatures in surface sediments to guide exploration in the area. A total of 61 samples were collected from frost boils along four NNW transects, parallel to the major ice flow direction, in order to assess the spatial variability of the deposit signature using till matrix geochemistry and indicator minerals. Four profiles in frost boils were sampled, one in each transect, in order to document trace elements depth variation. The scheelite geochemical signature from the deposit is compared to that in till from the Whale Tail transect to test its applicability in drift prospecting. Three out of four frost boil profiles exposed constant trace elements concentrations at depth, reflecting a good till homogenization by cryoturbation. Therefore, frost boils are a suitable medium of sampling for exploration purpose in permafrost terrain. Principal component analysis (PCA) of a previous till survey by Agnico Eagle Mines ldt (AEM) and transect samples define the ultramafic/mafic host rock of the mineralization and a pathfinder element suite characteristic of lode gold deposits (PC1 and PC2, respectively). Kriging of PC1 and PC2 defines a dispersal train oriented NNW, down ice of known mineralization. In the eastern part of the property, covered mostly by a distal till forming drumlinoid ridges, indicator mineral counts (IM: gold and scheelite) increase to a maximum approximately 1.4 km down ice from the outcropping zone. Western transects, largely covered by a proximal till forming morainal ridges, show a sharp increase of counts directly down-ice of mineralization. The difference in glacial transport between these two sectors represents a local change of ice dynamic and shows the importance of understanding the local context in exploration when interpreting glacial dispersal patterns. The comparison of the trace element signature between the deposit and the till scheelite using discriminant diagrams and REE abundance shows similarities, supporting its usefullness in drift prospecting for orogenic gold deposits.
On the Amaruq property (Nunavut, CA), the gold mineralization is covered by a patchwork of glacial sediments, including trains of mineralized debris dispersed over large surfaces. This project aims to define the deposit mineralogical and multi-elemental signatures in surface sediments to guide exploration in the area. A total of 61 samples were collected from frost boils along four NNW transects, parallel to the major ice flow direction, in order to assess the spatial variability of the deposit signature using till matrix geochemistry and indicator minerals. Four profiles in frost boils were sampled, one in each transect, in order to document trace elements depth variation. The scheelite geochemical signature from the deposit is compared to that in till from the Whale Tail transect to test its applicability in drift prospecting. Three out of four frost boil profiles exposed constant trace elements concentrations at depth, reflecting a good till homogenization by cryoturbation. Therefore, frost boils are a suitable medium of sampling for exploration purpose in permafrost terrain. Principal component analysis (PCA) of a previous till survey by Agnico Eagle Mines ldt (AEM) and transect samples define the ultramafic/mafic host rock of the mineralization and a pathfinder element suite characteristic of lode gold deposits (PC1 and PC2, respectively). Kriging of PC1 and PC2 defines a dispersal train oriented NNW, down ice of known mineralization. In the eastern part of the property, covered mostly by a distal till forming drumlinoid ridges, indicator mineral counts (IM: gold and scheelite) increase to a maximum approximately 1.4 km down ice from the outcropping zone. Western transects, largely covered by a proximal till forming morainal ridges, show a sharp increase of counts directly down-ice of mineralization. The difference in glacial transport between these two sectors represents a local change of ice dynamic and shows the importance of understanding the local context in exploration when interpreting glacial dispersal patterns. The comparison of the trace element signature between the deposit and the till scheelite using discriminant diagrams and REE abundance shows similarities, supporting its usefullness in drift prospecting for orogenic gold deposits.

Une etude geochronologique u-pb est realisee sur les mineralisations uraniferes des gites uraniferes du bassin athabasca afin d'apporter de nouvelles contraintes aux modeles d'evolution et de genese des gisements lies spatialement a la discordance du proterozoique moyen. Il faut tenir compte que l'ensemble des mineralisations a subi une alteration recente, d'autant plus marquee que les gisements sont situes a proximite de la surface comme dans le cas de la structure carswell et peut conduire a l'obtention d'ages errones

Des mesures de [Delta]13C par sonde ionique ont été effectuées dans des bitumes provenant des gisements d'uranium de l'Athabasca et du Witwatersrand. Les variations de la proportion en groupements aliphatiques ont été mesurées par micro spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier. Une corrélation positive est observée entre la teneur en groupements aliphatiques et les valeurs de [Delta]13C détenninées à l'échelle micrométrique pour l'ensemble des bitumes analysés. Les fractionnements isotopiques du carbone observés lors d'expériences de synthèse abiogénique d'hydrocarbures entre le carbone inorganique et les différentes classes de composés produits pourraient expliquer à la fois la gamme des valeurs de [Delta]13C et leur corrélation avec la teneur en groupements aliphatiques. Cette hypothèse semble en accord avec la présence de CO2 et H2 dans la phase gazeuse des inclusions fluides associées aux deux gisements, qui pourraient avoir joué le rôle de réactifs lors de la synthèse des hydrocarbures.

Les circulations de fluides aux interfaces entres les socles cristallins et leur couvertures sédimentaires sont des événements majeurs de transferts élémentaires dans la croûte. Dans de nombreux contextes, des fluides de bassins peuvent pénétrer dans les socles de faible perméabilité, interagir avec eux, y lessiver des métaux, et donner lieu à des concentrations métalliques, notamment en Pb, Zn, Cu, Ag et U. Les gisements d’uranium de type discordance du bassin d’âge protérozoïque de l’Athabasca (Canada), sont des témoins essentiels de ce type de circulations de fluides, et sont des objets modèles pour comprendre les mécanismes et les conséquences de tels événements. Les inclusions fluides permettent d’échantillonner et d’analyser directement les paléofluides. Malgré les difficultés d’analyse, ces objets de taille micrométriques apportent des informations importantes sur les propriétés des fluides. Les techniques d’analyse disponibles (microthermométrie, LA-ICP-MS, écrasement-lessivage, écrasement sous vide) permettent de reconstituer la température, la pression, la composition chimique détaillée des fluides, dont les teneurs en métaux, ainsi que la composition isotopique de l’hydrogène de l’eau, du chlore et du carbone du CO2 dissous. De plus, l’analyse de la composition isotopique de l’oxygène et du carbone des minéraux dans lesquels sont piégées les inclusions fluides apporte des informations complémentaires sur la température des fluides et les interactions fluides-roches. Cette approche a été utilisée sur six gisements d’uranium du Bassin de l’Athabasca, et a permis d’apporter les résultats suivants, potentiellement généralisables à l’ensemble du bassin. (1) Deux saumures, une calcique et une sodique ont circulé et se sont mélangées à la base du bassin et dans le socle au cours de la formation des gisements à environ 150 ± 30°C. (2) Ces deux saumures ont transporté de l’uranium, dont les concentrations exceptionnelles et très hétérogènes (entre 0.2 et 600 ppm) indiquent qu’il a été lessivé dans le socle. (3) Ces saumures ont une origine commune et se sont formées essentiellement par évaporation en surface de l’eau de mer, et mélange avec des fluides issus de la dissolution de minéraux évaporitiques. (4) La saumure calcique s’est formée par interaction entre la saumure sodique et les roches du socle. (5) Les interactions des saumures avec les minéraux et le graphite du socle, la radiolyse de l’eau, et la synthèse de bitumes ont contrôlé la composition isotopique en oxygène, hydrogène et carbone de ces saumures
Fluid circulations between crystalline basements and their sedimentary covers are major events for element transfer in the crust. In numerous settings, basinal fluids penetrate the low-permeability basement, interact with basement lithologies, leach metals, leading to metal concentrations, notably Pb, Zn, Cu, Ag and U. Unconformity-related uranium deposits from the Proterozoic Athabasca Basin (Canada) are crucial witnesses and useful tools for the understanding of mechanisms and consequences of such fluid events. Fluid inclusions allow us to directly sample and analyze paleofluids. Despite analytical difficulties, these micrometer size objects provide key information on fluid properties. Available analytical techniques (microthermometry, LA-ICP-MS, crush-leach, in-vacuo crushing) provide reconstruction of temperature, pressure, detailed fluid chemistry, including metal concentrations, as well as isotopic composition of water hydrogen, chlorine and of dissolved CO2 carbon. In addition, analysis of isotopic composition of oxygen and carbon from minerals in which fluid inclusions are trapped provide supplementary information on fluid temperatures and fluid-rock interactions. This approach was used on six uranium deposits from the Athabasca Basin and provided the following results, which can be potentially generalized to the entire basin. (1) Two brines, a calcium-rich brine and a sodium-rich brine have circulated and mixed at the base of the basin and in the basement at the time of formation of uranium deposits, at temperature close to 150 ± 30°C. (2) Both brines have transported uranium, whose exceptional and highly heterogeneous concentrations (0.2 to 600 ppm) indicate that it was leached in the basement. (3) Both brines share a common origin and were formed mainly by surface evaporation of seawater and mixing with fluids originating from dissolution of evaporitic minerals. (4) The calcium-rich brine was formed by interaction between the sodium-rich brine and basement lithologies. (5) Interaction with basement minerals and graphite, water radiolysis, and bitumen synthesis were the main controls on the oxygen, hydrogen and carbon isotopic composition of brines

De nouveaux gisements d’uranium, entièrement inclus dans le socle du bassin d’Athabasca (Province de la Saskatchewan, Canada), ont été récemment découverts, faisant d’eux une cible d’exploration privilégiée. Leur mode de formation est encore discuté, ne facilitant pas leur découverte. Afin de mieux les comprendre, une étude multidisciplinaire a été entreprise sur trois de ces gisements : Eagle Point, Millennium et P-Patch. Les oxydes d’uranium ont des caractéristiques chimiques variables fonction des conditions de cristallisation et d’altération postérieures à leur dépôt. Les âges U-Pb obtenus sont conformes à ceux des minéralisations à la discordance, tout comme le sont les abondances en terres rares, indiquant des circulations fluides à grande échelle et des processus physico-chimiques de formation identiques pour les deux types de gisements. Les saumures liées à la formation des gisements circulent massivement dans le socle, en partie grâce à la réouverture de structures et microstructures métamorphiques antérieures. La microfracturation globale des roches, fonction du contexte tectonique local, va directement déterminer le degré d’altération du socle et l’évolution du chimisme des saumures. L’altération du socle par les saumures est progressive et favorise une déstabilisation fractionnée des minéraux, permettant le transfert de nombreux éléments du socle vers le bassin. Les minéraux accessoires du socle porteurs d’uranium et de terres rares sont altérés à totalement dissous et sont donc une source majeure de ces éléments pour la formation des minéralisations. Des fluides météoriques tardifs (<300 Ma) déstabilisent les oxydes d’uranium antérieurs et favorisent la cristallisation de fronts d’oxydo-réduction
New basement-hosted uranium deposits in Athabasca Basin (Saskatchewan, Canada) were recently discovered. This ore type is now a new exploration target. The formation processes of basement-hosted ores are discussed and their discovery is not obvious. To better understand this deposit type, a multidisciplinary study has been focussed on three deposits: Eagle Point, Millennium and P-Patch. The basement-hosted uranium oxides have variable chemical characteristics function of their crystallisation and posterior alteration conditions. U-Pb isotopic ages are in accordance with uranium oxides localized at the unconformity. The same tendency is observed too for Rare Earth Elements (REE) concentrations. Physico-chemical conditions and fluid circulations are thus close to for the two types of deposit. The brines associated to deposit formation circulate in the basement, for a part, thanks to metamorphic structures and microstructures reopenings under the same stress field than those occurring during the late metamorphic episodes. Microfracturing determines directly the alteration degree of the rock and thus the chemistry evolution of the brines. Basement alteration by brines is progressive and favours the successive destabilisation of mineral, permitting the transfer of several elements from the basement to the basin. Basement accessory minerals are altered to totally dissolved, indicating that the basement is a main source of uranium and REE for the mineralization formation. Late meteoric fluids (<300 Ma) destabilized previous uranium oxides and favour the crystallization of uranium redox-front in hydrothermal alteration halo

La nature, l'évolution et l'origine des fluides circulant à la base de deux bassins gréseux protérozoi͏̈ques (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. % NaCI + 4-12 wt. % CaCI2), oxydante (équilibrée avec l'hématite), expulsée de niveaux évaporitiques. La circulation d'une saumure chlorurée, riche en calcium (25-30wt. %CaCI2+0-10wt%NaCI) 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 - 20ʿC 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.

Les gisements d'uranium de type discordance du Bassin Athabasca (Canada) sont fréquemment associés à des corps de brèches qui forment l'encaissant et enveloppent la minéralisation dans des grès quartzeux. Afin de comprendre les mécanismes de formation de ces brèches et leur rôle dans la genèse de ces gisements d'uranium, les brèches associées aux minéralisations en U du prospect de Shea Creek et de la Mine à Ciel Ouvert de Sue C, et à la minéralisation en Y, terres rares etUde la zone de Maw ont été étudiées. La cartographie structurale et la modélisation 3D mettent en évidence le contrôle de la géométrie des brèches par des failles généralement inverses et graphiteuses dans le socle. L'étude des paragenèses minérales et les calculs d'âges chimiques U-Pb à Shea Creek mettent en évidence 3 phases de bréchification à sudoite-dravite, à Fe-chlorite et à hématite-sidérite. Elles sont respectivement contemporaines de 3 épisodes de réactivations tectoniques et/ou de surrection du bassin entre 1,52 et 1,25 Ga pendant la principale phase de dépôt des minéralisations à haute teneur et vers 900 et 350 Ma au cours de remobilisations des minéralisations uranifères. Les brèches contemporaines de la genèse de la minéralisation primaire se sont formées en 3 stades caractérisées par l'analyse fractale des formes de fragments exprimant leur degré de maturité. Le premier stade de formation des brèches a été initiée par une réactivation des failles inverses à graphite qui a provoqué une fracturation tectonique localisée dans le coeur des failles et une fracturation hydraulique, plus étendue, dans les zones de silicification massive précoce des grès. Le deuxième stade correspond à la dissolution du quartz due à la circulation verticale d'un fluide de socle sous-saturé par rapport au quartz dans les grès fracturés. Les rapports fluide/roche minimaux calculés sont très élevés de l'ordre de 3 000 dans la zone de Maw et de 38 000 dans les zones à boules de Sue. Cette variation reflète la diminution de l'intensité de la dissolution avec la distance à la discordance. Le volume minimal de fluide de socle ayant circulé dans les brèches est de l'ordre du kilomètre cube. Les calculs de bilans de masse montrent que les fluides ont apporté les éléments U, V, Mg, B, Al, K, Bi, Ni, Co, Mo, As, S, W, Zn, Y et terres rares, conformément aux néoformations d'illite, de sudoite magnésienne et de dravite et au caractère polymétallique des minéralisationsdans les grès. Le troisième stade s'exprime par des phénomènes d'effondrements gravitaires faisant suite à la formation de cavités de dissolution du quartz. Dans les zones à boules développées dans le coeur des failles, c'est la contraction tectonique qui a progressivement refermé les espaces vides créés par la dissolution. Les pertes de volumes peuvent atteindre 90 % dans les zones de dissolution les plus intenses, proches de la discordance. Dans les zones de faille à très fort pendage, les effondrements se sont propagés jusqu'à plus de 2,50 rn audessus de la discordance comme dans la zone de Maw, de la même manière que dans un karst. La précipitation d'uranium provoquée par le mélange du fluide réducteur de socle sous-saturé par rapport au quartz (> 250°C) avec des fluides diagénétiques oxydants de bassin(< 240°C) a eu lieu pendant un temps de l'ordre de plusieurs millions d'années, en liaison avec la dissolution progressive du quartz libérant l'espace nécessaire au piégeage des minéralisations massives
Unconformity-type uranium deposits in the Athabasca Basin (Canada) are commonly hosted and surrounded by breccia bodies in quartzose sandstones. In order to understand the mechanisms of breccia formation and the ir significance for the genesis of uranium deposits, the breccias associated with U mineralizations of the Shea Creek prospect and Sue C open pit, and with the Y-REEU mineralization of the Maw Zone were studied. Structural mapping and 3D modeling evidence the control of breccia geometries by reverse faults that are graphite-rich in the basement. The study of mineral paragenesis and calculations of U-Pb chemical ages at Shea Creek reveal 3 breccia phases with sudoite-dravite, Fe-chlorite and hematite-siderite cements. These breccias developed over more than 1 Ga respectively during 3 stages of tectonic reactivations and/or basin uplift main! y between 1. 52 and 1. 25 Ga during the main event of primary uranium deposition and at about 900 and 350 Ma during phases of uranium remobilization. The breccias coeval with the genesis of the primary mineralization developed in 3 stages characterized by fractal analysis of fragment shapes expressing their degree ofmaturity. The first stage of breccia formation has been triggered by a reactivation of graphite-rich reverse faults inducing localized tectonic fracturing in the core offaults and widespread hydraulic fracturing in early silicified zones. The second stage corresponds to quartz dissolution due to the vertical circulation of a basement t1uid undersaturated relative to silica in fractured sandstones. Calculated minimum t1uid/rock ratios are very high with values of3,000 at the Maw Zone and 38,000 in the Sue « zones à boules» ret1ecting the decrease of dissolution intensity with the increase of distance to the unconformity. The minimum volume of basement t1uids that have circulated through the breccias is about 1 km3 • Mass balance calculations show an input of U, V, Mg, B, Al, K, Bi, Ni, Co, Mo, As, S, W, Zn, Y and REE, in accordance with the new formation of illite, Mg-rich sudoite and dravite and with the polymetallic sandstone-hosted mineralization. The third stage is expressed by gravity-driven collapse phenomenons resulting from the cavities created by quartz dissolution. In « zones à boules » developed in the core of faults, it is the tectonic contraction that progressively closed the open spaces formed by quartz dissolution. Volume Joss values reach 90 % in zones of intense dissolution close to the unconformity. In steeply dipping fault zones, collapse propagated up to more than 250 rn above the unconformity as observed at the Maw Zone, like in a karst. Uranium deposition induced by mixing of the reducing basement fluid undersaturated relative to quartz (> 250°C) with diagenetic oxidizing basin fluids (< 240°C) occurred during about severa! million years, simultaneously with quartz dissolution providing the space needed to form the massive mineralizations

Ce travail présente une étude multi-échelle des relations entre altération et minéralisation en uranium le long de la bordure Sud Est du bassin Méso-Protérozoïque du Thelon, au Nunavut, Canada. Les altérations associées aux minéralisations sont développées dans une série volcano-sédimentaire Archéenne appartenant à la ceinture de roche verte du Woodburn Lake Group (WLG). Elles s'expriment majoritairement par un assemblage à illite (polytypes 1Mcis & 1Mtrans) ± sudoite ± hématite et phosphates sulfates d'aluminium hydratés (APS). De plus des composés carbonés, cogénétiques des minéralisations, ont été identifiés comme des produits des réactions hydrothermales. La signature de l'altération, fortement guidées par les structures Est-Ouest du corridor de Kiggavik-Andrew Lake, apparaît alors très similaire à celle rencontrée dans les roches de socles des parties profondes des autres gisements d'uranium de type discordance du bassin d'Athabasca (Canada) ou de la Kombolgie (Australie). L'étude des marqueurs minéralogiques tels que les APS ont permis de mettre en évidence les transferts élémentaires au cours des processus métallogéniques et de distinguer les caractéristiques pétrographique et chimiques des processus diagénétiques et hydrothermaux. Enfin la compréhension fine de l'expression de marqueurs cristallographiques issus de l'irradiation naturelle des minéraux argileux donne de nouvelles pistes pour le traçage et la compréhension des circulations des radios-éléments à l'échelle géologique
This work presents a multi-scale study of the relationships between alteration and uranium mineralization along the South Eastern margin of the Meso-Proterozoic Thelon Basin, Nunavut, Canada. The ore associated alterations are hosted in an Archean volcano-sedimentary sequence belonging to the Woodburn Lake Group (WLG). Their main expression is a mineral assemblage composed of dominant illite (1Mcis & 1Mtrans polytypes) together with sudoite ± hematite and aluminum phosphate sulfate minerals. Moreover carbonaceous materials cogenetic with the uranium mineralization have been identified as potential indicators of the hydrothermal conditions. At a regional scale, alteration is strongly controlled via East-West faults forming the main frame of the Kiggavik-Andrew Lake structural trend. Then from the regional to the mineral scale, alterations signatures at Kiggavik are similar to the ones described in deep basement rocks of unconformity type uranium deposits in both Athabasca (Canada) and Kombolgie (Australia) Paleoproterozoic basins. In addition mineralogical markers studies (APS minerals) lead to the distinction between hydrothermal and diagenetic processes as well as elemental transfers during fluid rock interaction. Finally, detailed studies on radiation induced defects on illite revealed new ways to tracing and better understanding the radio elements mobility in such deep seated natural systems

Cette etude porte sur les conditions des gisements d'uranium du saskatchewan de la region de waterbury lake, qui sont associes a la discordance entre le socle archeen/aphebien et la couverture sedimentaire helikienne. Deux episodes tardi-hudsoniens gouvernent la remobilisation in situ de l'uranium: une retromorphose (facies schiste vert) et une alteration hydrothermale affectant les zones tectonisees du socle. Les donnees isotopiques des phyllites revelent que la diagenese des gres est realisee en presence d'une saumure qui est egalement a l'origine du fluide mineralisateur

Déterminer à quel moment, de quel source, et vers où, les éléments géochimiques ont été transférés ou transportés à l'échelle des grands bassins sédimentaires constitue un enjeu majeur pour la compréhension des mécanismes de migration et de concentration des métaux. L'objectif de cette étude est de tracer et dater les migrations d'éléments qui ont eu lieu au cours de l'histoire d'un bassin sédimentaire clastique Protérozoïque, le bassin Athabasca, à la base duquel ont été découverts les gisements métalliques les plus riches du monde. Cet environnement, capable de préserver de fortes concentrations uranifères pendant plus d'un milliard d'années, représente un bon terrain d'étude d'analogues naturels du concept de stockage souterrain des déchets radioactifs
In order to understand the mechanisms of migration and deposition of ore elements, it is essential to determine the timing, source, and destination of the geochemical element mass transfers and/or transportation on a scale encompassing the great sedimentary basins. The purpose of this study is to trace and to date the element migrations that occurred during the history of a Paleoproterozoic clastic sedimentary basin, the Athabasca Basin, which hosts the world's largest and richest uranium deposits. As this geological environment was proved to be efficient to preserve high grade ore deposits for over more than one billion years, it provides an opportunity to study some natural analogues of deep geological nuclear waste storage

Les principales cibles d'exploration pour les gisements d’uranium de type discordance du bassin d’Athabasca (Canada) sont les structures graphiteuses du socle. Toutes ces structures ne sont pourtant pas fertiles et elles présentent des histoires plus ou moins complexes de circulations fluides successives. Cette thèse propose de déconvoluer les caractéristiques propres à chaque évènement de circulations fluides par une étude multidisciplinaire focalisée sur l’exemple de l’environnement proche du gisement de Cigar Lake. Au cours de l’exhumation tardi-orogénique du socle, la formation de failles ductile-cassantes associées à une circulation intense de fluides à C-O-H-N a permis des enrichissements en graphite et une première évolution pétrophysique des zones endommagées. Ces structures du socle particulièrement fragilisées par la déformation cassante fini-Hudsonienne ont pu être réactivées après dépôt du bassin et devenir des lieux favorables à la convection de saumures sédimentaires. La circulation de saumures sodiques dans le socle a favorisé des interactions fluides-roches à l’origine de la solubilisation de l’uranium, d’altérations K-Mg et d’évolution de composition du fluide vers un pôle plus calcique de plus forte salinité. Enfin une méthodologie d’analyse intégrée des compositions élémentaires majeures, traces et isotopiques U-Pb-O sur oxydes d’uranium est proposée, permettant de déconvoluer les effets des évènements fluides ultérieurs sur la minéralisation primaire. Cinq évènements ont ainsi contribué aux caractéristiques actuelles du gisement de Cigar Lake : Un évènement primaire de circulation de saumures à 1290-1380 Ma, à l’origine de l’ensemble du stock d’uranium ; un événement de circulations fluides à ca. 900 Ma à l’échelle régionale qui n’est pas associé à une reprécipitation d’uranium mais a brechifié et perturbé la chimie des oxydes primaires ; deux évènements tardifs de circulations fluides à ca. 340 et 220 Ma qui ont significativement remobilisé le stock primaire d’uranium. Enfin un dernier épisode récent de circulation d’eaux météoriques est à nouveau à l’origine d’un changement de chimie des oxydes antérieurs et d’une remise à zéro des systèmes isotopiques
The main exploration targets for unconformity-related U deposits of the Athabasca Basin are the graphite-rich structures in the basement. But these are not necessarily fertile. They show distinct features expressing specific events of fluid circulations. This study aims, through a multidisciplinary approach, at unravelling the complex history of fluid flow events recorded in the vicinity of the Cigar Lake deposit. During the basement uplift, at the end of the Trans-Hudson Orogeny, the formation of ductile-brittle shear zones associated to the circulation of C-O-H-N fluids led to hydrothermal graphite enrichments and a petrophysical evolution of damages zones. These graphite-rich shear zones that were specifically weakened by the ante-Athabasca brittle reactivation have been reactivated once more after basin deposition allowing the formation of a developed damage zone especially favorable for sedimentary brine convection. Circulations of NaCl-rich brines in the basement led to brine-rock interactions, and subsequent uptake of uranium and other metals from the basement rocks. The latter have subsequently undergone strong K-Mg alteration whereas the NaCl dominated brines evolved toward a CaCl2-dominated composition with higher salinities. Finally, this thesis sets out an integrated methodology allowing to decipher the complex superimposed geochemical signatures of distinct fluid flow events on the primary uranium oxides. Five fluid flow events contributed to the present day state of the Cigar Lake deposit: a primary event of brine circulation occurred at 1290-1380 Ma and is at the origin of the main U stock; a second basin-scale event of fluid flow occurred at ca. 900 Ma, it brecciated and strongly disturbed the deposit; two later events of fluid flow strongly remobilized the deposit at ca. 340 and 220 Ma and greatly contributed to the actual state of the deposit. Finally a last, rather recent event of fluid flow was at the origin of strong chemical changes in the uranium oxides compositions and strong isotopic resetting

Shea Creek est un gisement d'uranium liée à la discordance entre un socle métamorphique et des roches sédimentaires d'origine fluviatile, d'âge Paléo-protérozoïque et situé dans la partie ouest du bassin d'Athabasca. Ce gisement majeur est le plus profond connu actuellement dans le bassin (entre 680 m et 1000 m de profondeur). Il rassemble en un même lieu tous les types de minéralisation associés à une discordance connus de par le monde. Cette étude s'appuie sur l'analyse de plus de 1200 échantillons du halo d'altération qui entoure le gisement et sur l'utilisation des données d'exploration minière. L'objectif est double. Il s'agit d'une part de déterminer des guides sédimentologiques, pétrographiques, minéralogiques et géochimiques pour la prospection des corps minéralisés en zone profonde et d'autre part d'utiliser ces critères pour construire une représentation tridimensionnelle simplifiée (minéralisation et halo d'altération) permettant de préciser le modèle génétique de ce gisement profond. La localisation des différentes zones minéralisées dépend non seulement des phénomènes d'altération liés aux circulations hydrothermales contrôlées par la tectonique, mais aussi de la nature du remplissage sédimentaire et de son évolution diagénétique. L'architecture de la zone minéralisée de Shea Creek montre que les corps minéralisés sont localisés dans des structures en grabben remplies par des alternances de grès propres et de grès argileux souvent préservés de la compaction et de l'altération. La signature minéralogique et géochimique de ces grès suggère un apport provenant de l'érosion de paléo-altérites continentales (régolithe). La très forte concentration en défauts d'ir
Shea Creek is an unconformity-type uranium deposit located in the west part of Atabaska basin. It is related to an unconformity between a metamorphic basement and sedimentary rocks of fluvial origin, of paleoproterozoic age. Shea Creek's particularity is to be the deepest ore deposit ever known in the basin (between 680 m and 1000 m deep). It gathers all types of unconformity hosted mineralization known. More than 1200 samples, taken from halo alteration around the deposit, were analyzed and mining exploration data were used for this study. First, the aim was to determine the markers for prospection of mineral elements in deep area: sedimentological, petrographical, geochemical and mineralogical types. Then, it was to build a simple three-dimensional model (mineralization and alteration halo) using these criteria in order to precise the genetic pattern of this deep deposit. The location of mineralized areas depends on tectonic deformation, on sedimentary filling and diagenetic development. The morphology of Shea Creek’s ore deposit shows clearly that mineralization is located in the grabbens composed by clean sandstones and clay sandstones, often preserved from compaction and alteration phenomena. The mineralogical and geochemical signature of these clay sandstones suggests a contribution from the erosion of continental paleo-alterite (regolith). Beside, the great concentration of radiation induced defects suggests the presence in abundance of uranium in the grabbens from sedimentary state

The Thelon basin, Nunavut, is similar to the uranium-producing Athabasca Basin, Saskatchewan; however, the uranium deposits associated with the Thelon Basin are poorly understood. The objective of this research is to develop a genetic model for the Bong uranium deposit, located in the Northeast Thelon region on the Kiggavik project of AREVA Resources Canada Inc. The Bong deposit formed in four stages. The first stage involved silicification of the host rocks. Stage 2 is characterized by pervasive argillization of the host rock and the formation of Stage A uraninite in veins and coating graphite (~1120 Ma). This stage is characterized by ~225°C fluids with calculated δ18O and δD values of -7.9‰ and -100.9‰, respectively. During Stage 3, organic matter formed, along fractures in permeable clay-rich alteration zones. At ~1040 Ma, an oxidizing fluid event (Stage 4) reconcentrated uraninite into redox fronts (Stage B) and altered Stage A uraninite to uranophane.