Caractérisation géochimique des minerais de cuivre et cobalt de l’Arc Cuprifèredu Katanga (République Démocratique du Congo) :Premiers résultats et hypothèses génétiques

Thierry De Putter 1, Stijn Dewaele 2, Sophie Decrée 3, Jacques Jedwab 4

1 Musée Royal de l’Afrique Centrale, Département de Géologie, Projet GECO - Geology for Economic Sustainable Development, Leuvensesteenweg 13, B-3080 Tervuren, Belgique. E-mail : thierry.de.putter@africamuseum.be

2 Musée Royal de l’Afrique Centrale, Département de Géologie, Projet GECO - Geology for Economic Sustainable Development, Leuvensesteenweg 13, B-3080 Tervuren, Belgique. E-mail : stijn.dewaele@africamuseum.be

3 Université Libre de Bruxelles, Département des Sciences de la Terre et de l’Environnement CP 160/02, 50 avenue F.D. Roosevelt, B-1050 Bruxelles, Belgique. E-mail : sdecree@ulb.ac.be

4 Université Libre de Bruxelles, Département des Sciences de la Terre et de l’Environnement CP 160/02, 50 avenue F.D. Roosevelt, B-1050 Bruxelles, Belgique. E-mail : jjedwab@ulb.ac.be

Les auteurs remercient le Ministère belge des Affaires Étrangères, qui a financé ces recherches, dans le cadre d’un programme de caractérisation et traçabilité des minerais de Cu et Co au Katanga (projet GECO)

L’Arc Lufilien (SE de la République Démocratique du Congo, RDC) abrite l’Arc Cuprifère du Katanga, un des plus importants gisements de cuivre et de cobalt en environnement sédimentaire (sediment-

hosted stratiform copper, SHSC) au monde. Production et réserves s’élèvent à ~200 millions de

tonnes de Cu et ~8 millions de tonnes de Co, pour l’ensemble de l’Arc (RDC et Zambie).Le timing et les phases de cette minéralisation majeure restent encore relativement mal connus,

particulièrement pour ce qui concerne le(s) épisode(s) post-orogéniques. Les caractéristiques

géochimiques des minerais secondaires sont elles aussi méconnues.

Carte schématique de l’Arc Cuprifère(modifiée d’après François, 1973)

ÉÉpisode 1pisode 1ca 800 Ma, Supergroupe du Katanga, Série des Mines (R-2)

Minéralisation diagénétique précoce, minerais stratiformes: sulfures de

Cu & Co

Fluides hydrothermaux (150-200°C)

Cu – Co + Au (– Cr)

ÉÉpisode 2pisode 2ca 570-530 Ma, synorogénique, métamorphisme d’enfouissement

Minéralisation diagénétique tardive et/ou synorogénique: minerais sulfurés en veines, structures stratiformes, brèches d’effondrement

(collapse-breccia)

Fluides hydrothermaux (320 – 420°C)

Idem + Ag – As – Mo – Ni – Sb – PGE – U – V

ÉÉpisode 3pisode 3ca 510 Ma, syn- à post-orogénique

Minéralisation hydrothermale tardive: minerais sulfurés, en veines et

poches (ex. Kipushi)Fluides hydrothermaux (220 – 320°C)

Input de Pb – Zn & Ag, As, Cd, Ga, Ge, In, Sn

ÉÉpisode 4pisode 4 & sv& svpost 510 Ma, ???

Minéralisation secondaire, issue d’une altération mal connue et

polyphasée (karstification, altération, latéritisation): minerais « oxydés »

(carbonates, oxyhydroxydes, etc.)

Fluides hydrothermaux (?) et météoriquesReconcentration majeure du Cu & Co& de As – Mo – Ni – V – U (hétérogénite)

Vestiges de carbonates silificiés au centre d’une altération de type karstique: carrière de Shamitumba

(région Centre)

Altération & karsts : conditions de formation

Le(s) processus d’altération qui a/ont affecté la Série des Mines minéralisée, localement jusqu’à des profondeurs de 400m, a/ont

été peu étudié(s): Placet (1991; thèse INPL) souligne le rôle des roches carbonatées (dolomies), qui ont permis le développement

de karsts (photo ci-contre) et la formation de minerais de cuivre, également carbonatés (malachite); l’auteur note, sur base de travaux tectoniques, que la karstification est postérieure à la « tectonique des écailles ».

Un tel mécanisme de karstification a des implications importantes, d’un double point de vue géodynamique & géochimique.

• La formation de karsts impose que les carbonates soient à l’interface lithosphère/atmosphère, et qu’il existe un drain régional

(au moins pour la formation d’endokarsts);• Les conditions Eh-pH qui favorisent la mobilisation du Cu sont en effet caractéristiques de fluides superficiels, évoluant de

fluides météoriques vers des conditions plus réductrices, typiques des aquifères (voir fig. ci-contre).

Ces conditions suggèrent que l’altération karstique au Katanga n’a pu se développer que dans une période de relative surrection régionale (uplift).

Trois épisodes de ce type sont connus, dans la région étudiée (comm. pers. D. Delvaux):

• le Karroo (Carbonifère supérieur – Trias);• le Crétacé où la zone étudiée occupe une position ~40°lat. S et qui est caractérisé par de très hautes teneurs en CO2atmosphérique (� 2000ppmv);

• l’Oligo-Miocène, période d’exposition reconnue dans d’autres flancs voisins du Rift. Au Katanga, cette dernière période voit le développement des cuirasses latéritiques et autres formations ferrugineuses (Alexandre, 2002).

Spectres des terres rares (REE) des sulfures (chalcocites) et carbonates de Cu (malachites) (à gauche): le passage des sulfures de l’épisode 1 à ceux de l’épisode 2, puis aux carbonates de

l’épisode 4 se marque par un appauvrissement croissant en LREE, sans fractionnement notoire des HREE. Les malachites (épisode 4) présentent un profil comparable – mais appauvri – à

celui des carbonates diagénétiques de l’épisode 2 (dolomies grenues), avec une anomalie négative marquée en Ce, une faible anomalie en Eu et un relatif enrichissement en HREE. L ’altération

qui accompagne le passage des épisodes 1 � 2 � 4 se marque donc surtout par un lessivage préférentiel des LREE dans les minerais, un appauvrissement des carbonates de Cu par rapport aux carbonates de (Ca, Mg) et le creusement de l’anomalie négative en Ce.

Le deuxième graphique illustre les spectres de REE des sulfures (carrollite) et oxyhydroxydes de Co (hétérogénite): les fractionnements paraissent relativement modestes (et, quand ils

surviennent, limités aux HREE: par ex. à Luishia) et l’hétérogénite semble essentiellement concentrer le stock de REE disponibles dans les sulfures, en même temps d’ailleurs que de

nombreux autres métaux (As, Mo, Ni, V & U).

Les données très préliminaires présentées ici sont encore difficiles à interpréter, notamment faute de contraintes de base: études régionales, minéralogie de détail, géochronologie même

approximative (les recherches en cours se focalisent sur la recherche d’outils de datation adéquats). Elles sont utiles en revanche pour susciter de nouvelles questions, sur cet intervalle de

temps phanérozoïque très mal connu au Katanga.

En première analyse, les éléments disponibles suggèrent l’existence:

(1) d’une phase d’altération karstique d’importance régionale qui implique un rôle majeur du [HCO3]- (d’origine atmosphérique? – ce qui pourrait évoquer le Crétacé), tant dans la mobilisation

des REE ([LnCO3]+) que dans la formation des malachites; toutefois, l’hypothèse d’un d’âge crétacé se heurte aux conditions arides qui prévalaient à cette époque et que traduisent les dépôts

continentaux crétacés (red beds) dans les régions avoisinantes. Un âge plus récent doit donc être envisagé également et l’obtention d’âges radiométriques s’avère ici cruciale!

(2) d’une phase de reconcentration du Co dans les dépôts d’hétérogénite – qui paraissent souvent liés à l’incision du paysage – et donc seraient très récents, cénozoïques.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1 10 100 1000 10000

Zn (ppm)

Au

(p

pb

)

malachite West

malachite East

malachite Center

malachite south

Cu sulphides Center

Cu sulphides East

Cu sulphides West

Co sulphides Center

Co sulphides West

Co sulphides South

heterogenite Center

heterogenites East

heterogenite West

Répartition en Au et Zn de différents échantillons de minéraux et minerais de l’Arc Katangais. On note une dispersion plus importante en Au dans les minéraux sulfurés, et

une dispersion plus importante en Zn, lié à l’épisode 3 (Kipushi), dans les minerais secondaires, formés après ce dernier événement (voir tableau ci-contre).

0,01

0,1

1

10

La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

sam

ple/

PA

AS

heterogenit e Likasi (GE660)heterogenit e Luishia (GE5394)

heterogenit e Kalabi (GE10801)heterogenit e Kabolela (GE10807)heterogenit e Kambove (GE13017)carrollite Luishia (GE2215)

carrollite Kambove (GE13258)carrollite Kambove (GE12521G)

Brown, 2005. Econ. Geol. 100, 768

0,001

0,01

0,1

1

10

La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

Sam

ple/

PA

AS

chalcocite Likasi (GE659)

chalcocite Kamoto (GE13023)

malachite Lubumbashi (GE279)

malachite Kolwezi (GE017KN)

malachite Luishia (GE2074)

carbonate diagénétique non minéralisé Kamoïa (GE12521G)

Chalcocite épisode 1

ChalcociteBréchiqueépisode 2

Malachites Épisode 4