Les indices aurifères Orfée, Orfée Est et Le Moyne-extension sont encaissés par des formations de fer archéennes, à 300 m du contact entre la subprovince de La Grande et d’Opinaca, dans la région d’Eeyou Istchee Baie James, Québec, Canada. La zone Orfée (~0,2 Mt à 14,5 g/t Au) a une épaisseur apparente de 40 m et une extension latérale sur 100 m; des valeurs en or atteignent 93,7 g/t Au sur 1 m. Vers le nord, les formations de fer sont en contact faillé avec des amphibolites localement minéralisées (max. 4 g/t Au). Des wackes juste faiblement minéralisées bordent les formations de fer au sud. L’ensemble lithologique est fortement déformé et métamorphisé au faciès des amphibolites syn D₂/M₂. L’or natif est associé avec la pyrrhotite semi-massive à massive, concentrée dans des pièges structuraux syn D₂ et D₃. Des inclusions d’or natif dans la pyrrhotite et dans des silicates métamorphiques, des reliques de pyrite dans la pyrrhotite et la löllingite aurifère suggèrent l’introduction de l’or pre à syn métamorphisme. La mise en place de la minéralisation a été restreinte entre 2703 ±7 Ma, âge d’un dyke dioritique pre à syn minéralisation, et 2613 ±0,4 Ma, âge d’une intrusion de granite pegmatitique post minéralisation. Deux âges modèles moyens pondérés, obtenues par datation Re-Os sur l’arsénopyrite/löllingite aurifère, sont beaucoup plus jeunes que la mise en place de la minéralisation. Ces âges, 2582 ±13 Ma et 2557 ±12 Ma, représentent la rétroversion de la löllingite en arsenopyrite lors du métamorphisme rétrograde M₃. L’or natif associée avec des altérations rétrogrades (e.g. chlorite, épidote, séricite et prehnite) au long des fractures suggèrent la remobilisation de la minéralisation. L’or à Orfée est interprété comme étant orogénique (2703 Ma à 2613 Ma), pre à syn métamorphique (M₂), remobilisé lors d’un événement rétrograde (M₃; 2582 Ma à 2557 Ma). / The Orfée, Orfée Est and Le Moyne-extension showings, hosted by Archean iron formations, are located 300 m north of the contact between the La Grande and the Opinaca subprovinces, in the Eeyou Istchee Baie James area, Quebec, Canada. The Orfée showing (~0.2 Mt at 14.5 g/t Au) has an apparent thickness of 40 m and a continuous lateral extension of 100 m; gold values reach up to 93.7 g/t Au. Towards the north, locally mineralized amphibolites (4 g/t Au) are in faulted contact with the iron formations. A wacke unit, bordering the BIFs to the south, is only very weakly mineralized. Syn D₂/M₂, the lithological assemblage is highly deformed and metamorphosed up to amphibolite facies. The native gold is associated with semi-massive to massive pyrrhotite, concentrated in D₂ and D₃ structural traps. Native gold inclusions in pyrrhotite and in metamorphic silicates, relicts of pyrite in pyrrhotite and gold bearing löllingite suggest gold mineralization was introduced pre to syn metamorphism. The gold mineralization emplacement was constraint between 2703 ±7 Ma, age of a dioritic dyke intruded pre to syn mineralization, and 2613 ±0.4 Ma, age of a pegmatitic granite injected post mineralization. Two weighted average model ages of 2582 ±13 and 2557 ±12 Ma for gold-bearing arsenopyrite were obtained by Re-Os dating. These ages most likely represent the retroversion of löllingite to arsenopyrite during a M₃ retrograde metamorphic event. Native gold associated with retrograde alterations (e.g. chlorite, epidote, sericite and prehnite) along fractures suggest gold remobilization. In summary, the gold from Orfée is interpreted to be orogenic (2703 Ma to 2613 Ma), pre to syn M₂ metamorphism, remobilized during a retrograde metamorphic event (M₃; 2582 Ma to 2557 Ma).

La scheelite, la tourmaline et le rutile des gisements d'or orogénique, encaissés dans des roches de composition et de faciès métamorphique variés ont été étudiés pour établir des paramètres discriminants pour contraindre les campagnes utilisant les minéraux indicateurs pour l'exploration aurifère. La texture et les associations minérales ont été investiguées par microscopie optique et microscopie électronique à balayage (MEB). La scheelite, la tourmaline et le rutile présentent une grande variabilité de taille, de texture et d'association minérale, qui ne sont pas informatives pour les campagnes de minéraux indicateurs. La composition minérale a été déterminée par microsonde électronique (EPMA) et ablation laser et spectroscopie de masse avec plasma couplée par induction (LA-ICP-MS). Les résultats ont été investigués par des diagrammes élémentaires et des analyses multivariées incluant des analyses en composantes principales (PCA) et des analyses de réduction des moindres carrées (PLS-DA). La composition et le faciès métamorphique des roches encaissantes régionales exercent un fort contrôle sur la composition en éléments traces de la scheelite, de la tourmaline et du rutile. Dans la scheelite, Sr, Pb, U, Th, Na, Éléments des Terres Rares (ETR) et Y; dans la tourmaline Ga et Sn; et dans le rutile Nb, Ta, V et Cr varient avec la composition de la roche encaissante. Dans la scheelite, ETR, Y, Sr, Mn, Nb, Ta et V; dans la tourmaline, Ga, Sn, Ti, ETR, Zr, Hf, Nb, Ta, Th et U; et dans le rutile Nb, Ta, V et Cr varient avec le faciès métamorphique des roches encaissantes. La composition en éléments traces de la scheelite varie avec l'âge de la roche encaissante alors que la tourmaline et le rutile ne montrent pas de variation compositionnelle avec l'âge de l'encaissant. La variation compositionnelle résulte des échanges fluide-roche lors de la circulation du fluide hydrothermal jusqu'au site de dépôt de l'or. Les résultats pour les minéraux des gisements d'or orogénique sont comparés avec ceux d'autres types de gîtes et de paramètres géologiques variées de la littérature. La scheelite et la tourmaline des gisements d'or orogénique présentent clairement une variation compositionnelle distincte comparée à celle d'autres types de gîtes et paramètres géologiques. La scheelite des gisements d'or orogénique a une signature distincte en Sr, Mo, Eu, As et Sr/Mo mais similaire en ETR par rapport à la scheelite provenant d'autres types de gîtes. Les diagrammes binaires tels que Sr/Li vs V/Sn, Sr/Sn vs V/Nb, Sr/Sn vs Ni/Nb et Sr/Sn vs V/Be discriminent la tourmaline des gisements d'or orogénique de celle provenant d'autres sources. Les diagrammes élémentaires mettent en avant une variation transitionnelle de la composition en éléments traces de la tourmaline provenant d'environnement métamorphique, à hydrothermal-magmatique, à magmatique. Le rutile des gisements d'or orogénique a une composition distincte en Mn, V, Sn, Sb et W comparée aux rutiles provenant d'autres types de gîtes et paramètres géologiques. Les diagrammes binaires incluant V vs Sb et Nb/V vs. Sn/V discriminent le rutile des gisements d'or orogénique et celui provenant des environnements magmatique-hydrothermaux et magmatiques. D'autres diagrammes binaires tel que Nb/V vs W permettent de distinguer partiellement le rutile des gisements d'or orogénique et celui provenant d'environnement hydrothermaux et métamorphique-hydrothermaux. / Scheelite, tourmaline and rutile from orogenic gold deposits and districts, hosted in varied country rocks and metamorphic facies of various ages were investigated to establish discriminant features to constrain indicator mineral surveys for gold exploration. Texture and mineral associations were investigated by optical microscopy and Scanning Electron Microscopy (SEM). Scheelite, tourmaline and rutile present a wide range of size, texture, and mineral association that are not informative for indicator mineral surveys. Mineral composition was determined using Electron Probe Micro-Analyzer (EPMA) and Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (LA-ICP-MS). Results were investigated with elemental plots and multivariate statistics including Principal Component Analysis (PCA) and Partial Least Square-Discriminant Analysis (PLS-DA). The composition of the metamorphic facies of the local country rocks as well as the regional country rocks exert a strong control on scheelite, tourmaline and rutile trace element composition. In scheelite Sr, Pb, U, Th, Na, REE and Y; in tourmaline Ga and Sn; and in rutile Nb, Ta, V and Cr vary with the country rock composition. In scheelite, REE, Y, Sr, Mn, Nb, Ta and V; in tourmaline, Ga, Sn, Ti, REE, Zr, Hf, Nb, Ta, Th and U; and in rutile Nb, Ta, V and Cr vary with the metamorphic facies of the country rocks. Scheelite trace element composition vary with the country rock age whereas tourmaline and rutile do not show any compositional variation with the country rock age. Compositional variation results of fluid-rock exchange during fluid flow to gold deposition site. Results for minerals from orogenic gold deposits are compared with those from various deposit types and geological settings from literature. Scheelite and tourmaline from orogenic gold deposits present clearly a distinct compositional variation, compared to scheelite and tourmaline from other deposit types and geological settings. Scheelite from orogenic gold deposits have distinct Sr, Mo, Eu, As and Sr/Mo, but indistinguishable REE signatures, compared to scheelite from other deposit types. Binary plots such as Sr/Li vs V/Sn, Sr/Sn vs V/Nb, Sr/Sn vs Ni/Nb and Sr/Sn vs V/Be discriminate orogenic gold deposit tourmaline from that from other sources. Elemental plots highlight a transitional variation in the trace element composition of tourmaline from metamorphic, to hydrothermal-magmatic to, magmatic environments. Rutile from orogenic gold deposits has a distinctive Mn, V, Sn, Sb and W composition compared to those from various deposits types and geological settings. Binary diagrams, including V vs Sb and Nb/V vs Sn/V, discriminate rutile from orogenic gold deposits from those from hydrothermal-magmatic and magmatic deposit types. Other binary diagrams, such as Nb/V vs W, discriminate partially orogenic gold deposit rutile from hydrothermal and metamorphic-hydrothermal environments.

Le gisement aurifère de Canadian Malartic est le résultat d’un système hydrothermal qui a altéré les roches métasédimentaires du Groupe de Pontiac, les roches métavolcaniques du Groupe de Piché, les intrusions porphyriques, de même que des dykes mafiques tardifs. La minéralisation en or s’est mise en place par la circulation des fluides hydrothermaux et est responsable des réactions d’échange isotopiques de l’oxygène et de l’hydrogène. Ces réactions sont reflétées dans les valeurs en δ18O and δ2H qui peuvent être utilisées pour cartographier l’empreinte isotopique du système minéralisé. L’empreinte isotopique des grauwackes du Groupe de Pontiac est marquée par une augmentation des valeurs de δ2H de -91‰ jusqu’aux valeurs du bruit de fond d’environ -59‰ à mesure qu’on s’éloigne de la minéralisation. Les valeurs de δ18O sont quant à elles relativement constantes à près de 10‰. Les dykes mafiques du secteur enregistrent eux aussi une empreinte isotopique marquée par une augmentation des valeurs de δ2H de 84‰ près de la minéralisation jusqu’aux valeurs du bruit de fond d’environ -73‰, et une décroissance des valeurs en δ18O de 9.8‰ jusqu’à 8.3‰ à mesure qu’on s’éloigne de la minéralisation. La composition isotopique du fluide métamorphique en équilibre avec le grauwacke moyen en dehors de l’empreinte, à la température estimée de la minéralisation (~475°C), est de δ18O = 7.6‰ et δ2H = -12‰. Ceci est très près des compositions des fluides minéralisateurs du gisement aurifère de Canadian Malartic reportées dans les études précédentes. Le krigeage des variations régionales des compositions isotopiques en oxygène et hydrogène dans les roches encaissantes du gisement de Canadian Malartic permet de cartographier l’empreinte isotopique. Dans les grauwackes, l’isoplèthe de δ2H = 59‰ encercle le domaine minéralisé et montre un allongement nord-ouest – sud-est, tandis que l’isoplèthe de δ18O = 9.9‰ semble aussi contenir le domaine minéralisé bien que très près des valeurs de fond. Dans les dykes mafiques, l’isoplèthe de δ2H = -73‰ contient la minéralisation de même qu’un large secteur au sud-sud-est, tandis que l’isoplèthe δ18O = 8.3‰ contient le centre du domaine minéralisé et s’étend vers le sud-est. La géochimie isotopique de l’oxygène et de l’hydrogène des roches encaissantes permet donc de définir une empreinte d'altération cryptique jusqu'à 2,5 km à l'extérieur du gisement de Canadian Malartic. / The Canadian Malartic gold deposit is the result of a hydrothermal system that altered the host metasedimentary rocks of the Pontiac Group, metavolcanic rocks of the Piché Group, porphyritic dykes and sills, and mafic dykes. Gold mineralization formed by hydrothermal fluids flowing through these rocks and resulted in exchange reactions of oxygen and hydrogen isotopes. These reactions are reflected in whole-rock δ18O and δ2H values of the rocks that can be used to map the isotopic footprint of the mineralized system. The isotopic footprint in Pontiac greywackes is marked by an increase in δ2H values away from mineralization from -91‰ to background values of ca. -59‰, whereas δ18O values remain relatively constant near 10‰. Mafic dykes in the area also record a footprint marked by an increase in δ2H values from 84‰ near mineralization to background values ca. -73‰ and a decrease in δ18O values away from mineralization from 9.8‰ to background values of ca. 8.3‰. The isotopic composition of the metamorphic fluid in equilibrium with the average least altered greywacke at upper greenschist to amphibolite conditions of ca. 475°C is approximately δ18O = 7.6‰ and δ2H = -12‰. This is very near the compositions of the mineralizing fluid at the Canadian Malartic deposit reported by previous studies. Kriging of regional variations in oxygen and hydrogen isotopic compositions in host rocks to the Canadian Malartic deposit enables the mapping of the isotopic footprint. In greywackes, the 59‰ δ2H isopleth encircles the mineralized domain and is elongated towards the northwest and southeast, while the 9.9‰ δ18O isopleth appears to encircle the mineralized domain, but, remains very close to the background values. In mafic dykes, the -73‰ δ2H isopleth encircles the mineralized domain as well as a large area to the south and southeast while the 8.3‰ δ18O isopleth encircles the centre of the mineralized domain and extends over an area towards the southeast. Host rock oxygen and hydrogen isotope compositions thus permit the identification of a cryptic alteration footprint up to 2.5 km outside of the Canadian Malartic.

Ce mémoire étudie l’effet de l’incertitude locale et spatiale sur les réserves du gisement d’or Troilus. Deux méthodes géostatistiques ont été utilisées, soit le krigeage des indicatrices et la simulation séquentielle des indicatrices. En premier lieu, une nouvelle interprétation géologique du gisement a été faite basée sur les trous de forage d’exploration. Pour chaque zone définie, une série de variogrames ont été calculés et un modèle de bloc a été interpolé par krigeage des indicatrices. La calibration de ce modèle a été faite en le comparant au modèle basé sur les trous de forage de production et aux données actuelles de production. L’incertitude reliée à la variabilité de la minéralization a été quantifiée par l’entremise de 25 simulations séquentielles. Une série de fosses optimales basées sur chaque simulation ont été réalisées afin d’analyser l’impact sur la valeur présente nette, le tonnage de minerai et le nombre d’onces d’or contenues. / This thesis examines the effect of local and spatial uncertainty of the mineral reserves estimates for the Troilus gold deposit. Two geostatistical methods have been used: indicator kriging and sequential indicator simulation. A new set of geological envelope has been defined based on the grade distribution of the exploration hole samples. For each zone, composites, statistics and variograms have been calculated based on gold assays coming from exploration holes (DDH) and production blastholes (BH). A recoverable reserve block model based on indicator kriging was created from the exploration holes and a grade control block model was produced from the production blastholes. The recoverable reserve model was calibrated based on the grade control model and the data from the mined out part of the orebody. Uncertainty related to the variability of the mineralization was assessed through 25 conditionally simulated block models. Open pit optimization Whittle software was used as a transfer function to compare each model. Elements such as ore tonnage, grade, ounces contained and discounted value (NPV) have been used to analyse the risk inherent to each model. Finally, reserve estimates within an already established pit design were used as a second method of comparison.

Titre de l'écran-titre (visionné le 4 décembre 2023) / À l'échelle mondiale, les zones de cisaillement sont les plus importants hôtes de minéralisation aurifère de type « or orogénique ». Ces failles fragiles-ductiles sont la conséquence de processus physiques liés aux cycles orogéniques et se forment dans des conditions métamorphiques postérieurs au pic. Les périodes de raccourcissement crustale génèrent des zones de cisaillement inverses à l'échelle régionale qui servent de conduits principaux pour les fluides hydrothermaux ascendants, formant ainsi des veines mésothermales de quartz-carbonate. L'origine des fluides hydrothermaux, les processus physico-chimiques et la chronologie qui mènent à la précipitation de l'or dans ces veines sont l'objet de recherches de longue date, en particulier à l'échelle des gisements et des corps minéralisés. Néanmoins, à l'échelle des districts aurifères orogéniques, comprenant généralement des champs filoniens régionaux de plusieurs kilomètres de large, la nature de ces paramètres demeure énigmatique. Dans cette thèse, on explore, grâce à une combinaison de techniques micro-analytiques chimiques et isotopiques, les contrôles spatiaux et temporels de plusieurs gisements aurifères appartenant au district de classe mondiale de Malartic-Val-d'Or, au sud de la sous-province néoarchéenne de l'Abitibi (Canada). Dans ce district, les gîtes d'or sont concentrés à proximité de la zone de faille Larder Lake-Cadillac orientée est-ouest et sont encaissés dans des structures d'ordres inférieurs recoupant les roches volcaniques et les intrusions de la ceinture de roches vertes. Dans ces structures, l'or est généralement associé à deux ensembles de veines qui se forment avant ou après la fabrique pénétrative d'étendue régionale (S2) développée au cours d'un raccourcissement N-S majeur au pic du métamorphisme. Il s'agit notamment (1) de veines de quartz-carbonate fortement déformées intégrées dans la fabrique S2 et (2) de veines fragiles-ductiles laminées de quartz-tourmaline-carbonate à cisaillement inverse ou à extension sub-horizontale qui sont subparallèles ou obliques à la fabrique S2. Ces dernières font partie du Champ filonien de Val-d'Or (CVO), qui contient la majeure partie de l'or orogénique du district de Malartic-Val-d'Or. Dans cette thèse, j'ai étudié neuf corps minéralisés aurifères (Kiena-S50, Canadian Malartic East, Kiena-Deep, Goldex, Triangle, Plug #4, Beaufor, Pascalis Gold Trend et Akasaba West) afin d'aborder trois sujets clés. 1) La chronologie à l'échelle régionale des événements hydrothermaux aurifères dans la région a été résolue par géochronologie U-Pb in situ. 2) L'identification des processus physico-chimiques contrôlant la saturation en or dans les fluides hydrothermaux aurifères a été effectuée à l'aide d'analyses in situ des éléments traces et de la compositions isotopique du soufre dans les sulfures. 3) La remobilisation hydrothermale de l'or contenu dans la pyrite a été étudiée à l'échelle nanométrique par microscopie électronique à transmission. [...] Les données montrent que la minéralisation aurifère orogénique à l'échelle d'un district est le résultat de processus multiples qui opèrent à différentes échelles, dans l'espace et dans le temps, tout au long d'un cycle orogénique. Des événements hydrothermaux de courtes durées, discrets au niveau régional, au cours du trajet métamorphique rétrograde d'un cycle orogénique, constituent une condition préalable essentielle à la formation d'un district aurifère. Au cours d'un tel épisode de minéralisation aurifère, la majeure partie de la CVO est formée par un mécanisme principal, à savoir la sulfuration de la roche encaissante dans les roches méta-volcaniques et intrusives, conduisant à la précipitation d'inclusions d'Au-Ag-Te-Bi dans la pyrite. Les événements hydrothermaux ultérieurs peuvent façonner et modifier la minéralisation aurifère orogénique à l'échelle du district, comme le montrent les assemblages Au-Ag-Te-Bi remobilisés dans les fractures de pyrites. Malgré un cadre structural bien compris et des processus physiques communs conduisant à la formation de minéralisations aurifères orogéniques, les techniques de micro-analyse in situ offrent l'opportunité unique de relier les observations structurales aux données géochimiques détaillées à l'échelle du grain minéral. Cette approche améliorera considérablement la chronologie de la minéralisation aurifère et la reconnaissance des processus physico-chimiques clés agissant à l'échelle du disctrict, et présentera différentes perspectives sur les processus physico-chimiques associés à la précipitation de l'or à faible et moyenne teneur. / Brittle-ductile reverse shear zones are the most important host for orogenic gold mineralization globally. These reverse shear zones are known to form by common physical processes associated with orogenic cycles, at post-peak metamorphic conditions. Crustal shortening periods induce regional-scale reverse shear zones that act as main conduits for ascending hydrothermal fluids, forming mesothermal quartz-carbonate veins. Fluid source reservoir(s), physico-chemical processe(s) and the timing that lead to gold precipitation within these veins have been the subject of long-standing research activities, particularly focusing at the deposit and ore body-scale. Nevertheless, the nature of these parameters remains elusive at the orogenic gold district-scale, commonly encompassing regional, km wide vein fields. In this thesis, I explore through a combination of micro-analytical chemical and isotopic techniques, spatial and temporal controls on several gold ore bodies contained in the world-class Malartic-Val-d'Or district of the southern Neoarchean Abitibi subprovince (Canada). Structurally-controlled gold deposit clusters in this district are distributed along the E-W striking Larder Lake-Cadillac-fault zone and hosted in lower-order structures that cut volcanic rocks and intrusions of the greenstone belt. In these structures, gold is commonly associated with two vein sets that form pre- or syn- the regional-penetrative fabric (S2) developed during major N-S shortening and peak-metamorphism. This include: (1) highly-deformed quartz-carbonate veins entrained in the S2-fabric and (2) laminated brittle-ductile quartz-tourmaline-carbonate reverse shear and sub-horizontal extension-veins that are sub-parallel to oblique to the S2-fabric, the latter form part of the Val-d'Or Vein Field (VVF), which contains the bulk of orogenic gold in the Malartic-Val-d'Or district. In this thesis, I studied nine gold ore bodies (Kiena-S50, Canadian Malartic East, Kiena-Deep, Goldex, Triangle, Plug #4, Beaufor, Pascalis Gold Trend and Akasaba West) to tackle three key topics. 1) The regional scale timing of auriferous hydrothermal events in the area was resolved by in-situ U-Pb geochronology. 2) Physico-chemical processes controlling gold saturation in auriferous hydrothermal fluids by in-situ sulfide multiple sulfur isotope and trace element compositions. 3) Hydrothermal remobilization of gold hosted in pyrite were studied at the nano-scale by transmission electron microscopy. [...] Acquired data show that district-scale orogenic gold mineralization is the result of multiple processes that operate at various scales in space and time throughout an orogenic cycle. Regionally discrete, short-lived hydrothermal fluid events during the retrograde path of an orogenic cycle are a main pre-condition to form district scale gold mineralization. During such an auriferous fluid event, bulk of the VVF is formed through a main fluid mechanism, wallrock sulfidation in meta-volcanic and intrusive rocks, which controls precipitation of Au-Ag-Te-Bi inclusions in pyrite. Subsequent hydrothermal events have the potential to shape and modify district-scaleorogenic gold mineralization, as recognized in remobilized Au-Ag-Te-Bi assemblages within pyrite fractures. Despite a well understood structural framework and common physical processes that lead to the formation of orogenic gold mineralization, in-situ micro-analytical techniques offer the unique opportunity to link structural observations with detailed geochemical data at the mineral grain scale. This approach will significantly improve the timing of gold mineralization and recognition of key physico-chemical processes acting at the disctrict-scale, as well as present different perspectives on physico-chemical processes associated with low- and medium-grade gold precipitation.