Corrugations plutoniques : génèse, fracturation et gisements porphyriques
Résumé
La plupart des gisements dits "porphyriques" se localisent aux sommets de petits stocks ou plutons cylindriques mis en place en subsurface, et issus d'une chambre magmatique plus profonde, généralement de grande taille horizontale. De nombreux travaux se sont focalisés sur la description géologique détaillée des systèmes porphyriques, ou sur les processus magmatiques au sein d'un réservoir acide, mais peu d'équipes ont regardé le problème de la génèse et du devenir de ces petits corps magmatiques, si souvent cartographiés en exploration minière. L'intérêt de comprendre ces structures réside non seulement dans une meilleure connaissance des processus magmatiques, mais également dans l'optique d'améliorer les guides de prospection minière à partir de la modélisation de ces systèmes particuliers. En effet, les fractures et les failles qui se concentrent au sommet de ces "apophyses" plutoniques permettent aux fluides hydrothermaux d'y déposer leurs minéraux et de former des gisements à cuivre et or d'importance mondiale. Il est largement reconnu que le degré de fracturation autour de ces stocks magmatiques joue un rôle primordial dans le potentiel minéralisateur de ces structures. L'étude présente tout d'abord un scénario suggérant la formation de corrugations aux toits des réservoirs lorsque ceux-ci sont définitivement installés dans la croûte supérieure. Lors de l'ascension d'un grand volume de magma, la présence d'un encaissant de plus en plus froid ralentit l'ascension, et les interactions mécaniques entre le réservoir et son encaissant prennent de plus en plus d'importance. La couche limite où se produit la cristallisation du magma ("mushy layer") se trouve alors soumise aux contraintes thermiques (conduction et convection solutale) mais aussi aux contraintes mécaniques imposées par l'interaction encaissant-magma. Pour les réservoirs de grande taille, l'ondulation de la limite fragile-ductile au cours de l'ascension du réservoir facilite donc la formation d'instabilités morphologiques lors de la cristallisation du magma. Les corrugations ainsi créées peuvent atteindre jusqu'à quelques kms de haut. Le deuxième aspect de l'étude consiste à examiner, au travers d'une modélisation numérique où les fractures ne sont pas prédéfinies, les conditions de fracturation au toit d'une apophyse plutonique, plus légère que les roches encaissantes. Le comportement mécanique des roches peut varier aussi bien avec la température qu'avec le régime de contraintes local (rhéologie de type cassant-élastique-ductile). Différentes valeurs pour la viscosité minimale équivalente du magma ductile et pour le contraste thermique sont testées, de même que le rôle de l'extension régionale. Le cas de deux apophyses rapprochées montre que seule l'une d'entre elles va concentrer les fractures, ce qui peut expliquer la présence simultanée de deux plutons similaires et voisins, l'un d'entre eux étant minéralisé et l'autre stérile. Une loi d'échelle reliant la distance entre deux apophyses et l'épaisseur de la couche fragile, permet de mieux comprendre la répartition des gisements porphyriques au-dessus d'une chambre magmatique sous-jacente de grande taille. Il reste cependant à savoir déterminer la profondeur de la transition fragile-ductile, qui ne dépend pas uniquement du régime thermique, mais également du champ de contraintes et des taux de déformation locaux.