Comprendre l’enrichissement des liquides sulfurés en éléments chalcophiles et sidérophiles pouvantmener à la formation de gisements de sulfures magmatiques.Le premier objectif de cette thèse a été de quantifier les variations des coefficients de partage (Dsul/sil)de Co, Ni, Cu, Pd, Ag, Pt et Au dans des conditions crustales typiques des intrusions de la région deNoril’sk-Talnakh (Russie), par le biais d’une étude expérimentale en autoclave à chauffage interne,effectuée à 1200 °C, 70 MPa, sous différentes fugacités d’oxygène.Les résultats montrent que les Dsul/sil de Pd, Ag, Pt et Au augmentent avec la teneur de ces élémentsdans le liquide sulfuré, indiquant qu’ils ne suivent pas la loi de Henry, au contraire de ceux de Co, Ni, etCu. Ces Dsul/sil permettent de reproduire les teneurs en métaux des sulfures naturels de la région deNoril’sk, à partir d’un magma parent plus enrichi en Pd et Pt que les laves de la région, et en invoquantl’interaction entre des masses de liquide silicaté et de liquide sulfuré pour pouvoir enrichir ce dernier(facteur R entre 300 et 1000 pour les sulfures massifs et entre 300 et 6000 pour les disséminés).Le second objectif de cette thèse a été de modéliser, par une approche thermodynamique, les variationsdes Dsul/sil en fonction des conditions magmatiques. Ce modèle décrit les variations des Dsul/sil avec latempérature, la pression, la fugacité d’oxygène et la chimie des liquides, et suggère que les magmasmafiques à l’équilibre avec les liquides sulfurés les plus enrichis sont ceux qui ont les plus faiblestempératures et pressions, et les fugacités d’oxygène les plus élevées. / A comprehensive knowledge of metal partitioning between sulfide liquid and silicate melt is essential tounderstand sulfide liquid enrichment in chalcophile and siderophile elements that can lead to theformation of magmatic sulfide ore deposits.The first aim of this thesis was to quantify the partition coefficients (Dsul/sil) for Co, Ni, Cu, Pd, Ag, Pt andAu at crustal conditions relevant to the Noril’sk-Talnakh region (Russia), through an experimental studyconducted in internal heated pressure vessels at 1200 °C, 70 MPa, and under variable oxygenfugacities.Our results show that Dsul/sil for Pd, Ag, Pt and Au increase with the content of the element in the sulfideliquid, showing that they do not follow Henry’s law, in contrast to those for Co, Ni, and Cu. These Dsul/silcan reproduce the metal contents of natural sulfides of the Noril’sk region, starting from a parent magmaPd- and Pt-richer than the lavas of the region, and invoking an interaction between the masses of silicateliquid and sulfide liquid in order to enrich the latter.The second objective of this thesis was to model Dsul/sil variations as a function of magmatic conditions,using a thermodynamic approach. This modeling allows investigating the variations of Dsul/sil withtemperature, pressure, oxygen fugacity and the compositions of both liquids and suggests that the maficmagmas with the lowest temperatures and pressures and the highest oxygen fugacities are those inequilibrium with the most enriched sulfide liquid.

The South Manasan ultramafic intrusion (ca. 1880 Ma) located in the Early Proterozoic Thompson Nickel Belt (TNB) contains Ni and platinum group element (PGE) mineralization hosted by disseminated sulfide. Whole-rock Ni values range from 0.3 to 1.7 wt. % and total precious metals (TPMs) range from 0 to 1.3 ppm Pt + Pd + Au and equate to tenor values (i.e., metal in 100% sulfide) of 11-39 wt. % Ni and 8-27 ppm TPMs. The South Manasan intrusion is a steeply dipping sill-like body with a boudinaged outline having a strike length of approximately 1200 m, average width of 125 m and a minimum depth extent of 1000 m. The intrusion is composed of approximately 25% fresh dunite, 50% serpentine altered dunite and 25% tectonized and carbonate altered dunite. The most intense alteration is found near the intrusion’s margin where it is in contact with metasedimentary rocks of the Pipe Formation, part of the surrounding Ospwagan Group. In fresh dunite the sulfide assemblage characterized by an intercumulate texture is dominated by pentlandite with accessory pyrite; the latter having a symplectic-like texture. The pentlandite-pyrite assemblage in the serpentinized dunite, although still characterized overall by an intercumlate-texture, has well developed platy intergrowths with chlorite and serpentine. In the most intensely modified unit (the carbonate altered dunite) the sulfide assemblage consists primarily of pyrrhotite and pentlandite. Whole-rock geochemical data (n=360), modal mineralogy and mineral chemistry obtained on representative drill core throughout the South Manasan intrusion have been used to establish a type section in order to evaluate the relative roles of primary magmatic versus secondary (i.e., serpentinization, carbonate alteration and deformation) processes. These data indicate that the primary silicate-sulfide assemblage was systematically modified during : serpentinization, carbonate alteration and deformation of the South Manasan intrusion such that a sequence of primary versus secondary events can be established. Intrusion of the original komatiitic magma and formation of the South Manasan intrusion took place at a shallow level into consolidated Ospwagan Group sediments with subsequent contamination of this melt with crustal S. This triggered sulfide saturation and generation of an immiscible sulfide melt. Calculated Ni and TPM tenor values constrain the R factor to between 500 and 2500. The early crystallization of olivine inhibited the sulfide melt from settling to the bottom of the magma column and as a consequence, the sulfides now have a primary interstitial magmatic texture. The current sulfide association dominated by pentlandite>>pyrite>chalcopyrite has a mineral paragenesis that is consistent with subsolidus re-equilibration of a primary pentlanditepyrrhotite- chalcopyrite assemblage. The subsequent processes of serpentinization, deformation and carbonate alteration resulted in modifying the primary sulfide assemblages and their textures (i.e., to platy habits), but did not greatly alter the bulk composition, in particular metal contents, except for addition of volatiles (H2O, CO2). It is concluded therefore that the enrichment of the sulfide assemblage at South Manasan in Ni and PGEs is a consequence of a primary magmatic process involving high R factor and that the effects of later overprinting processes (alteration, deformation) are not responsible for the presently observed high-tenor sulfide association.

Der Abbau der Uranerzlagerstätte Schlema-Alberoda von über Tage bis in eine Teufe von 2000 m und die anschließende Flutung führten zu Einwirkungen auf die Tagesoberfläche u.a. in Form von Senkungen, Hebungen, Horizontalverschiebungen und seismischen Entspannungen. Im Grubenteil Oberschlema entstand durch intensiven Abzug des Eigenversatzes aus dem Firstenstoßbau ein Bruchkörper (sog. Deformationsgebiet), der einen ca. 3,3 km² großen Senkungstrog mit Senkungen bis 6 m, mehrere hundert Meter lange Erdrisse und eine ca. 30 Jahre anhaltende Nachsenkungsphase mit Senkungen bis 3 cm/a verursachte (abbaubedingte Bodenbewegungen). Infolge der abbaubedingten Bodenbewegungen, der Vielzahl von tagesnahen Grubenbauen und daraus entstandener Tagesbrüche, musste der Kurort Oberschlema fast vollständig abgebrochen werden. Das ca. 25 ha große, als Deformationsgebiet bezeichnete Gelände wurde eingezäunt. Nach 1994 entstand in diesem Gebiet ein Kurpark. Mit der Stilllegung der Grube Schlema-Alberoda begann die Flutung. Ab 1998 wurde auch der Bruchkörper geflutet. Entsprechend der bisher beobachteten Bodenbewegungen reagiert der Bruchkörper und das relativ standfeste umgebende Grubengebäude unterschiedlich auf die Flutung. Über dem Bruchkörper wurden Schieflagen um 4 mm/m, Verschiebungen über 15 cm, Zerrungen bis 6 mm/m und Pressungen bis zu 5 mm/m ermittelt. Über dem Grubenteil Niederschlema-Alberoda konnten mit den bis Oktober 2016 durchgeführten Nivellements flutungsbedingte großflächige Hebungen bis 12 cm nachgewiesen werden. Ursache der Hebungen sind Dehnungen des durchbauten Gebirgskörpers bis in eine Teufe von ca. 1000 m. In dem Beitrag wird das für die Beobachtung und Interpretation der geomechanischen Auswirkungen der Flutung der Grube durchzuführende Monitoring sowie einige Ergebnisse vorgestellt.

The Atlantis II Deep is a location of modern submarine hydrothermal activity along the slowly spreading Red Sea rift axis. Venting of high-temperature hydrothermal fluids, similar to those associated with black smokers, takes place in a brine pool and has led to the accumulation of 90 Mt (dry, salt free) of stratiform, metalliferous sediment. The conditions of mineralization are unique in the modern oceans, but have been widely suggested as a possible analog of some important ancient stratiform base metal ore deposits. This study shows that many of the proposed genetic models for these ancient deposits may be highly simplified and do not take into account rapid diagenetic transformations, widespread non-equilibrium processes, and many other aspects of metal deposition. Sediment cores of the Atlantis II muds were last studied more than 30 years ago. High-resolution sampling and careful re-examination of the mineralogy and geochemistry of the sediments, using modern analytical techniques has significantly improved the understanding of the different processes responsible for the formation of the finely layered metallifeous sediments. The geochemistry of the individual layers is controlled by highly variable detrital, hydrogenic and hydrothermal input. Primary depositional pathways from the brine pool are the main control on basin-wide metal distribution (e.g., increasing Cu/Zn away from the vents) including variable enrichment in trace metals via scavenging from the brine pool and from the enriched pore waters. Cu and Zn have been deposited not only as sulfides but also with poorly crystalline Si-Fe-(oxy)hydroxides. A significant proportion of the original non-sulfide Cu and Zn are diagenetically transformed into sulfides, but also carbonates and clays, in large part reflecting sulfide deficient pore waters. Negative δ34S values, previously unrecognized in the sulfide- and metal-rich units, indicate a source of bacteriogenic sulfide. Syn-diagenetic processes also appear to have been responsible for the sharp laminations in the sediments, as well as distinctive zoning of carbonate and clay minerals around the vent source. The early diagenetic transformations observed in the Atlantis II Deep may not be preserved in the ancient rock record but nevertheless have important implications for metal deposition in some of the world’s largest and richest base metal ore deposits.

Der Abbau der Uranerzlagerstätte Schlema-Alberoda von über Tage bis in eine Teufe von 2000 m und die anschließende Flutung führten zu Einwirkungen auf die Tagesoberfläche u.a. in Form von Senkungen, Hebungen, Horizontalverschiebungen und seismischen Entspannungen. Im Grubenteil Oberschlema entstand durch intensiven Abzug des Eigenversatzes aus dem Firstenstoßbau ein Bruchkörper (sog. Deformationsgebiet), der einen ca. 3,3 km² großen Senkungstrog mit Senkungen bis 6 m, mehrere hundert Meter lange Erdrisse und eine ca. 30 Jahre anhaltende Nachsenkungsphase mit Senkungen bis 3 cm/a verursachte (abbaubedingte Bodenbewegungen). Infolge der abbaubedingten Bodenbewegungen, der Vielzahl von tagesnahen Grubenbauen und daraus entstandener Tagesbrüche, musste der Kurort Oberschlema fast vollständig abgebrochen werden. Das ca. 25 ha große, als Deformationsgebiet bezeichnete Gelände wurde eingezäunt. Nach 1994 entstand in diesem Gebiet ein Kurpark. Mit der Stilllegung der Grube Schlema-Alberoda begann die Flutung. Ab 1998 wurde auch der Bruchkörper geflutet. Entsprechend der bisher beobachteten Bodenbewegungen reagiert der Bruchkörper und das relativ standfeste umgebende Grubengebäude unterschiedlich auf die Flutung. Über dem Bruchkörper wurden Schieflagen um 4 mm/m, Verschiebungen über 15 cm, Zerrungen bis 6 mm/m und Pressungen bis zu 5 mm/m ermittelt. Über dem Grubenteil Niederschlema-Alberoda konnten mit den bis Oktober 2016 durchgeführten Nivellements flutungsbedingte großflächige Hebungen bis 12 cm nachgewiesen werden. Ursache der Hebungen sind Dehnungen des durchbauten Gebirgskörpers bis in eine Teufe von ca. 1000 m. In dem Beitrag wird das für die Beobachtung und Interpretation der geomechanischen Auswirkungen der Flutung der Grube durchzuführende Monitoring sowie einige Ergebnisse vorgestellt.

The iron apatite mineralizations of northern Sweden are mainly situated in supracrustal rocks and are thought to have formed during approximately the same time as the major plutonic suites in northern Sweden. In this thesis the Malmberget iron apatite ore deposit have been compared to the Kiruna iron apatite ore deposit to see whether the role of hydrothermal processes are different between the two ore districts. Also, since it has proven problematic to distinguish between the different mafic and ultramafic members of the major plutonic suites in northern Sweden (i.e. the Haparanda suite (1.94-1.85 Ga), the Perthite-monzonite suite (PMS) (1.87 Ga) and the Edefors suite (1.80-1.79 Ga)), a second goal is to trace the distribution and distinguish between these suites. Major elements, REE and trace elements have been studied along with polished sections from the ores and oxygen isotopes of magnetites from the ore districts to trace the ore formation process and separate between suites. All ore districts display a close similarity in geochemistry between host rocks and magnetites, especially regarding the REE pattern. Oxygen isotopes show that samples from the Kiruna district plot exclusively at positive δ18O-values with the majority of them at values < 1‰. Samples from the Malmberget district display δ18O-values either close to the igenous range or at slightly negative values. However, samples that display very low or negative δ18O-values show signs of either high temperature hydrothermal alteration, oxidation or crustal contamination. The δ18O composition along with textural observations from the polished sections and geochemistry, points towards a magmatic origin for these deposits. No apparent evidence has been found to support a primary ore formation by hydrothermal process in any of the districts studied. Regarding the suites, normalized spider plot patterns of REEs and trace elements served as a basis for subdivision into groups by similarities in key identification parameters. Several patterns are characterized by a pronounced Eu-trough while the middle- to HREEs display a rather flat trend, criteria that are related to rocks from the Haparanda suite, while samples with positive Eu-anomaly (Eu/Eu* > 1) and a nearly flat trend from La to Pr with a marked positive peak at Sr and generally less enriched in LILE, are consistent with the Edefors suite. Also, the Edefors suite generally display low concentrations of both Th and U but are somewhat enriched in Sr with relation to Pr. No distinct geochemical features could help to separate between the Haparanda and the PMS suites.

The Blötberget mining area, the focus of this MSc project, is located about 230 km northwest ofStockholm and 12 km southwest of the city of Ludvika (central Sweden). The mining area has beenknown since 1600 for its various types of mineralization particularly iron-oxide deposits (magnetite andhematite) with the mining commenced in 1944. Previous geoscientific research in the area providesdetailed information about lithological variations and structure of the bedrock near the surface.However, knowledge of the depth extent of the mineral deposits and their host rocks is limited. To shedlights on these issues and support deep mineral exploration potential in the study area, within the recentlylaunched StartGeoDelineation project, new ground gravity data, 180 data points on average 150 m apart,were collected during two field campaigns in 2015 and 2016. Aeromagnetic data were obtained fromthe Geological Survey of Sweden (SGU) to complement the ground gravity measurement interpretationsand modelling. After a careful inspection of the field gravity data, they were reduced to completeBouguer anomaly with a maximum error estimate of about 0.6 mGal due to uncertainty in theinstrumental drift, slab density, geodetic surveying, diurnal variations and terrain (or topography)correction. The Bouguer gravity data after separation of regional field (second order polynomial at theend was used) were used (~ 8 mGal range) for interpretation and 3D inverse modelling. Clear anomalouszones are noticeable in the gravity data particularly due to mineralization and a major boundaryseparating a gravity low from gravity high in the southern part of the study area likely representing afault boundary separating two different lithological units. In my study, both forward and inversemodelling using rudimentary objects/shapes and voxel-type (mesh) approach were carried out. Effect ofinitial and reference models were tested on both gravity and magnetic datasets. While the constrainedmodels have still significant ambiguity, they help to suggest structural control on the location ofmineralization and may allow estimating an excess tonnage due to the presence of mineralization in thestudy area. Due to access limitations (e.g., unable to measure on the water-filled pit) the gravity modelis sensitive to the measuring positions and constraints using known shape of mineralization was not atthe end successful to overcome this. Collecting more gravity data on the target area and repeated test of3D inversion by adjusting the inversion parameters might help to improve the final result. / Gruvområdet Blötberget som denna MSc avhandling är fokuserat kring ligger 230 km från Stockholm,12 km från Ludvika, i Bergslagen. Mineralförekomster, framförallt järnmalm (magnetit och hematit)har varit kända i området sedan 1600-talet, och storskalig brytning inleddes år 1944. Tidigare geologiskaundersökningar i området har gett detaljerad information om fyndighetens ytnära litologi och struktur.Hur långt ner förekomsten och moderbergarten sträcker sig har dock varit okänt. Som del av detnystartade projektet StartGeoDelineation utfördes marknära gravimetrimätningar. Totalt 180 mätpunkter,med ett medelavstånd av 150 m, samlades in under två fältkampanjer under 2015 och 2016.Vid modellering komplementades gravimetridata med magnetometridata, insamlad under flygmätningarutförda av Sveriges geologiska undersökningar (SGU). Efter noggrann bearbetning av gravimetridatatogs den kompletta bougeranomalin fram. Det uppskattade felet är ca 0.6 mGal och är till följd avosäkerhet i korrigeringar för drift hos instrument, dygnsvariation, geodesi och topografi. Efter korrigeringav regional trend (uppskattad från 2:a ordningens pylonom, och med satt skala av 8 mGal somresultat) gjordes en 3D modell, via inversionsalgoritmer, samt en tolkning. Det står klart av framförallti gravimetridatan att det finns två avvikande zoner. Dessa indikerar mineraliseringen och en gräns i densödra delen av undersökningsområdet med gravimetridata i låg respektive höga värde. Detta återspeglartroligtvis också en förkastningszon mellan två lithologiska enheter. I denna studie har enkla geometriskaformer och voxlar (mesh) använts för bådadera forward modellering och inversionsalgoritmer. Deursprungliga och referensmodellerna testades på både dataset för gravitmetri och magnetometri. Trotsatt modellerna fortfarande visar tvetydiga resultat så kan de ändå användas för att ge förslag på struktureroch läge för mineraliseringen, och skall även kunna användas för att uppskatta tonnage. Det sistnämndakunde dock inte uppnås då punktäthet i mätdatan, till följd av att det numera vattenfyllda dagbrottet intekunde inkluderas i mätområdet, och att formen av mineraliseringen inte kunde avgränsar på etttillfredsställande sätt. För en förbättring av resultaten bör fler mätpunkter till gravimetridata samlas in iområdet så att 3D-modelleringen kan förbättras genom upprepade justeringar av inversionsparametrarna / StartGeoDelineation

Le CO2 est le deuxième après l'eau constituant des fluides de haute température (T) et haute pression (P) qui opèrent dans la lithosphère, transportent la matière et forment des dépôts économiques des métaux. Cependant, son effet sur la mobilisation et la précipitation des métaux reste quasiment inconnu faute de données directes et de modèles physico-chimiques. Dans ce travail de thèse, nous avons mis en œuvre des méthodes expérimentales et des analyses chimiques et spectroscopiques sur des fluides modèles riches en CO2, couplées à une modélisation thermodynamique, afin de quantifier, pour la première fois de manière systématique, la solubilité, le partage et la spéciation de divers métaux d'intérêt économique (Fe, Cu, Au, Mo, Pt, Sn, Zn) dans les systèmes eau-gaz-sels typiques des fluides hydrothermaux métallifères. Des mesures de solubilité des principaux minéraux de ces métaux (sulfures, oxydes et métaux natifs) et de leurs coefficients de partage ont été effectuées dans des fluides supercritiques H2O-CO2-S-KCl à 450°C et 500-700 bar et dans des systèmes liquide-vapeur H2O-CO2-S-KCl-NaCl à 350°C, 130-300 bar, à l'aide d'autoclaves à cellule flexible et de réacteurs à séparation de phase que nous avons mis au point. Les conditions d'acidité, de redox et de fugacité de soufre ont été contrôlées par des équilibres entre les minéraux sulfures et oxydes de fer et alkali-aluminosilicates ou entre le sulfate et le sulfure en solution. Les données ont été analysées dans le cadre d'un modèle thermodynamique couplé à une révision critique des données sur la spéciation des métaux en phase fluide. Ce modèle électrostatique ne requière pas de paramètres ajustables; il utilise la constante diélectrique du solvant H2O-CO2 et le paramètre de Born des espèces dominantes en phase aqueuse. Nos résultats montrent que la mobilité des métaux dans les fluides riches en CO2 est contrôlée par la nature et la charge de leurs complexes principaux. La présence du CO2 favorise la stabilité des complexes neutres (FeCl20, AuHS0, CuHS0, ZnCl20, KMoO40, Pt(HS)20) alors que celle des espèces chargées de ces métaux (FeCl42-, Au(HS)2-, CuCl2-, ZnCl42-, HMoO4-, PtCl3-) est considérablement affaiblie. Il en résulte un fractionnement important de certains métaux selon la composition du fluide et le contexte géologique. Notre modèle explique bien l'enrichissement en Fe et l'appauvrissement en Cu des gisements métamorphiques d'or (orogéniques) formés par des fluides riches en CO2. Le transport de l'or par ces fluides est favorisé à faible teneur en soufre (Au(HS)0 est dominante), alors que dans les fluides riches en soufre, typiques des gisements porphyres cuprifères où les complexes chargés sont dominants (Au(HS)2-, Au(HS)S3-), la présence du CO2 aura pour effet d'abaisser la solubilité de l'or. Cependant, même à fortes teneurs en CO2 (>50 wt%), la capacité des fluides à transporter l'or sous forme d'espèces neutres (~100s ppb) reste comparable à celle d'un fluide aqueux, ce qui explique les associations de minéralisations aurifères avec des fluides riches en CO2. L'effet du CO2 sur la mobilité de Mo, Zn et Si qui forment des espèces neutres, est faible dans la plupart des contextes géologiques, alors que celle de Sn pourrait être favorisée par des complexes carbonatés et celle de Pt par des complexes carbonyles (CO). Le rôle direct du CO2 sur le partage liquide-vapeur pour la plupart des métaux est relativement faible devant celui du soufre réduit (H2S) dont la présence favorise fortement l'enrichissement de la phase vapeur en Au, Pt, Mo et Cu. Ainsi le CO2 intervient dans ces processus de démixtion de manière indirecte, en élargissant le domaine T-P d'immiscibilité du fluide. Cette étude démontre que, contrairement aux modèles métallogéniques actuels, la présence du CO2 peut favoriser la mobilité de certains métaux et engendrer des fractionnements importants entre différents métaux lors de l'évolution des fluides dans la croûte terrestre. / Carbon dioxide is the second component after water of geological fluids that operate at high temperature (T) and pressure (P) in the lithosphere, transport the metals and form economic deposits. However, its effect on the mobilization and precipitation of metals remains virtually unknown owing to a lack of direct data and physical-chemical models. In this thesis, we have developped experimental methods and chemical and spectroscopic analyzes of CO2-rich fluids, coupled with thermodynamic modeling, to systematically quantify, for the first time, the solubility, distribution and speciation of various metals of economic interest (Fe, Cu, Au, Mo, Pt, Sn, Zn) in gas-water-salt systems typical of metalliferous hydrothermal fluids. Measurements of the solubility of the major minerals of these metals (sulfides, oxides and native metals) and of metal partition coefficients were carried out in supercritical fluids H2O-CO2-S-KCl at 450°C and 500-700 bar and in two-phase vapor-liquid systems H2O-CO2-NaCl-KCl-S at 350°C, 130-300 bar, using flexible-cell and phase-separation reactors that we have set up. The conditions of acidity, redox potential and sulfur fugacity were controlled by equilibria among iron sulfide and oxide minerals and alkali-aluminosilicate minerals or between sulfate and sulfide in the fluid. The data obtained were analyzed in the framework of a thermodynamic model coupled with a critical review of the literature on the metal speciation in the fluid phase. The electrostatic model that we used does not require any adjustable parameters; it is based on the dielectric constant of the CO2-H2O solvent and the Born parameter of the dominant species in the aqueous phase. Our results show that the mobility of metals in CO2-rich fluids is controlled by the nature and electrical charge of their main aqueous complexes. The presence of CO2 favors the stability of the neutral complexes (FeCl20, AuHS0, CuHS0, ZnCl20, KMoO40, Pt(HS)20) whereas that of the charged species of these metals (FeCl42-, Au(HS)2-, CuCl2-, ZnCl42-, HMoO4-, PtCl3-) is largely weakened. This results is significant fractionations between some metals, depending on the composition of the fluid and the geological context. Our model accounts for the enrichment in Fe and depletion in Cu observed in metamorphic orogenic gold deposits formed by CO2-rich fluids. The transport of gold by these fluids is favored at low sulfur content (Au(HS)0 is dominant), whereas in S-rich fluids typical of porphyry copper deposits and high T orogenic gold deposits where the charged complexes are dominant (Au(HS)2-, Au(HS)S3-), the presence of CO2 leads to lowering the solubility of gold. However, even at high CO2 content (> 50 wt%), the ability of fluids to carry gold as neutral species (~100s ppb) remains comparable to that of an aqueous fluid, which explains the associations of gold mineralizations with fluids rich in CO2. The effect of CO2 on the mobility of Mo, Zn and Si, which form neutral species, is weak in most geological situations, whereas that of Sn could be promoted by carbonate complexes and that of Pt by carbonyl (CO) complexing. The direct role of CO2 in the vapor-liquid partitioning of most metals is relatively small compared to that of reduced sulfur (H2S) whose presence strongly favors the enrichment of the vapor by Au, Pt, Mo and Cu. Thus, the main impact of CO2 in these demixing processes is to expand the fluid T-P domain of immiscibility. This study demonstrates that, contrary to common belief, the presence of CO2 can promote the mobility of certain metals and cause significant fractionations between different metals during the evolution of fluids in the crust.

Pendant l'Eocène Moyen, dans la région du désert d'Atacama, Nord Chili, la mise en place de porphyres et la déformation synchrone de la Précordillère aboutissent à la formation de clusters importants de dépôts de cuivre supergènes et exotiques, actuellement en cours d'exploitation. La formation de ces dépôts métallifères résulte de l'interaction entre la tectonique, l'érosion et le climat. La nature et la chronologie de ces interactions sont encore débattues. Ce travail de doctorat se concentre sur la quantification des processus géomorphologiques, tectoniques et érosifs, sur le versant ouest des Andes, autour de 23°S dans le District minier Centinela situé dans la Précordillère. Vingt-neuf nouvelles données thermochronologiques basse-température et leur modélisation indiquent que les porphyres cuprifères mis en place à faible profondeur durant l'Eocène moyen étaient déjà exhumés près de la surface à l'Oligocène moyen. Il existe un intervalle de temps de cinq millions d'années entre l'exhumation du porphyre qui constitue la source primaire de cuivre et le dépôt secondaire de cuivre dans le district de Centinela daté par les méthodes 40Ar/39Ar et K/Ar. Cette relation suggère que les dépôts de cuivre secondaires ont eu lieu lorsque les reliefs étaient déjà aplanis. Un dépôt exotique cuprifère syn-sédimentaire s'est formé dans le bassin continental du district Centinela. Des échantillons de sable ont été prélevés entre 135 et 13 mètres de profondeur dans les mines El Tesoro et Mirador. Les concentrations en 10Be et 21Ne de quatorze nouveaux échantillons ont permis de déterminer l'âge du dépôt et de contraindre les paléo taux de sédimentation des derniers 14 Ma. L'étude permet de dater le dépôt exotique à ~12 Ma et suggère qu'il a eu lieu lors d'une quiescence des taux d'érosion, confirmant l'idée que les dépôts supergènes de cuivre en milieu aride ont lieu après l'aplanissement des reliefs. Ces résultats confirment aussi que les taux d'érosion ont drastiquement chuté après 10-12 Ma, quand l'hyperaridité s'est établie. Ce travail de thèse illustre la balance nécessaire entre l'exhumation et les taux de précipitation pour former des minéralisations secondaires de cuivre et les conserver. / During the Middle Eocene in the Atacama Desert region (northern Chile), the intrusion of porphyries and the synchronous deformation of the Precordillera resulted in the formation of important clusters of supergene and exotic copper ore deposits that are currently exploited. Such metal ore deposits result of the interaction of tectonics, erosion and climate, for which both timing and relations remain debated. This PhD study focuses on the quantification of geomorphological, tectonic and erosive processes to understand their relationship in the Andean western slope around 23°S in the Centinela district in the Precordillera. Twenty-nine new low-temperature thermochronological data and their modelling indicate that shallow porphyry copper emplaced during mid-Eocene were quickly exhumed near the surface by the early Oligocene. There is a five million years-long time gap between the exhumation of primary source of copper and the ~25-12 Ma range of existing 40Ar/39Ar and K/Ar ages of secondary mineralization in the District. This suggests that supergene copper related deposits occurred when the reliefs where already flattened. A syn-sedimentary exotic copper mineralization was deposited in an intra-mountainous basin in the Centinela District. We sampled sand at different depths between 135 and 13 meters in the Tesoro and Mirador open-pit mines, one of them including this exotic deposit. The 10Be and 21Ne concentrations of fourteen new samples were used to determine the exotic deposit age and to constrain the paleo-sedimentation rate for the last 14 Ma. The study dates the exotic deposit at ~12 Ma and suggests that this mid-Miocene exotic layer occurred during an erosive quiescence, confirming the view that supergene copper mineralization occurs during a stage of slower geomorphic activity in arid environments. The results also confirm that the erosion rates drastically dropped after 10-12 Ma, when the hyperaridity was established. This study highlights the necessary balance between exhumation and precipitation rates required to form secondary copper.

Über Jahrhunderte ist das Erzgebirge durch Montanindustrie geprägt worden. Zahlreiche Publikationen beschreiben lagerstättenkundliche und bergbaugeschichtliche Verhältnisse. Besondere Beachtung fanden dabei die Erze des Silbers und Zinns. Eine umfassende Übersicht zu Vorkommen und Abbau von Kupfer liegt jedoch noch nicht vor. Anliegen der vorliegenden Untersuchung war es deshalb, eine Zusammenschau der erzgebirgischen Kupfervorkommen zu erarbeiten. Dabei stand im Blickpunkt, in welchen Lagerstättentypen Kupfer mineralisierte und in welchen Revieren Kupfer nachweisbar ist. Dieser Überblick konnte durch Vergleichen von lagerstättenkundlicher Literatur und Kartenmaterial erreicht werden. Des Weiteren sollten Abbaureviere und Abbaumengen von Kupfer im Zeitraum von 1470 bis 1750 unter Zuhilfenahme von Material aus dem Bergarchiv Freiberg und einzelner Hinweise in weiterer, den erzgebirgischen Bergbau betreffender Literatur ausgemacht werden. Die Recherchen haben gezeigt, dass Kupferminerale, fast ausschließlich sulfidisch mineralisiert, in allen Lagerstättentypen anzutreffen sind. Bezüglich der räumlichen Verteilung sind verschiedene Schwerpunkte erkennbar. Für den Bergbau spielte Kupfer trotz des engen verhüttungstechnischen Zusammenhangs mit Silbererzen in vielen Bergbaurevieren eine nur untergeordnete Rolle. Größere Mengen des Buntmetalls wurden in Schneeberg-Oberschlema, in Breitenbrunn, bei Annaberg, bei Marienberg, bei Freiberg und in Sadisdorf gefördert. Über Vorkommen und historischen Abbau von Kupfererzen gibt die Arbeit einen Überblick, der den sächsischen und böhmischen Teil des Erzgebirges umfasst. Damit ist eine Grundlage für weiterführende Untersuchungen zur Bedeutung von Kupfer in der sächsischen Montangeschichte geschaffen.:Abkürzungsverzeichnis..........3 Abbildungsverzeichnis..........3 Tabellenverzeichnis..........4 1. Einleitung..........6 2. Untersuchungsgebiet..........9 2.1 Räumliche Abgrenzung..........9 2.2 Geologischer Bau und Entwicklungsgeschichte..........13 2.3 Physisch-geographischer Überblick..........17 2.3.1 Boden..........17 2.3.2 Relief..........18 2.3.3 Klima und Vegetation..........19 3. Material und Methodik..........20 3.1 Teilgebiete innerhalb des Untersuchungsraumes..........20 3.2 Untersuchungen zu den Kupferlagerstätten im Erzgebirge..........22 3.3 Untersuchungen zum Kupfererzabbau 1470 bis 1750..........25 3.4 Begriffe, Einheiten und Namen..........26 4. Lagerstätten im Erzgebirge..........27 4.1 Überblick..........27 4.2 Prävariszische Erzlagerstätten..........29 4.2.1 Einordnung..........29 4.2.2 Konkordante Erzlager..........30 4.2.3 Prävariszische Skarne..........31 4.2.4 Felsitmineralisation..........31 4.3 Variszische Erzlagerstätten..........32 4.3.1 Einordnung..........32 4.3.2 Greisen und Zwitter..........32 4.3.3 Variszische Skarne..........33 4.4 Postvariszische Erzlagerstätten..........33 5. Vorkommen von Kupferlagerstätten im Erzgebirge..........35 5.1 Teilgebiet Schneeberg-Schwarzenberg..........35 5.1.1 Störungssysteme und hydrothermale Gänge..........35 5.1.2 Kupfermineralisationen in den Folgengruppen..........37 5.1.3 Einzelne Kupfervorkommen im Teilgebiet..........38 5.2 Teilgebiet Marienberg-Annaberg..........43 5.2.1 Störungssysteme und hydrothermale Gänge..........43 5.2.2 Kupfermineralisationen in den Folgengruppen..........46 5.2.3 Einzelne Kupfervorkommen im Teilgebiet..........47 5.3 Teilgebiet Freiberg..........50 5.3.1 Störungssysteme und hydrothermale Gänge..........50 5.3.2 Kupfermineralisation in den Folgengruppen..........52 5.3.3 Einzelne Kupfervorkommen im Teilgebiet..........55 5.4 Teilgebiet Altenberg-Glashütte..........56 5.4.1 Ausrichtung und Mineralisation der hydrothermalen Gänge..........56 5.4.2 Einzelne Kupfervorkommen im Teilgebiet..........59 6. Kupfererzabbau von 1470 bis 1750..........61 6.1 Teilgebiet Schneeberg-Schwarzenberg..........61 6.1.1 Kupferförderung im gesamten Teilgebiet..........61 6.1.2 Einzelne Abbaugebiete im Teilgebiet..........61 6.2 Teilgebiet Marienberg-Annaberg..........67 6.2.1 Kupferförderung im gesamten Teilgebiet..........67 6.2.2 Einzelne Abbaugebiete im Teilgebiet..........68 6.3 Teilgebiet Freiberg..........74 6.3.1 Kupferförderung im gesamten Teilgebiet..........74 6.3.2 Einzelne Abbaugebiete im Teilgebiet..........74 6.4 Teilgebiet Altenberg-Glashütte..........77 6.4.1 Kupferförderung im gesamten Teilgebiet..........77 6.4.2 Einzelne Abbaugebiete im Teilgebiet..........77 7. Überblick Teilgebiet Böhmisches Erzgebirge..........80 8. Ergebnisse..........81 9. Ausblick..........86 10. Zusammenfassung..........87 Liste bergmännischer Begriffe und Maße..........91 Liste der Minerale..........92 Literaturverzeichnis..........93 / The mountains Erzgebirge have been characterized by mining industries for centuries. Many publications describe the natural mineral deposits and the historical mining conditions. Special regards are thereby paid to silver and tin ore. However an extensive summary of copper deposits and mining is not available. In which types of mineral deposits copper is mineralised and in which districts copper can be proved? Therefore, the intention of this study was a synopsis about the copper deposits in the mountains Erzgebirge by comparing literature and maps. In addition, mining districts and mining quantity of copper between 1470 and 1750 should be arranged. For this purpose, material from the Bergarchiv Freiberg and other literature about regional mining was used. The research showed that copper minerals, nearly exclusive sulphide-mineralised, can be proved in every type of mineral deposits. In terms of the zonal distribution, there are centres visible. In spite of the closely relation to silver ore in the smelting processes copper was not very important in many mining districts. A larger quantity of copper ore was won in Schneeberg-Oberschlema, in Breitenbrunn, near Annaberg, near Marienberg, near Freiberg and in Sadisdorf. The study shows an overview of deposits and historical mining of copper ore in the Saxon and Bohemian parts of the Erzgebirge. So the work can be a basis for continuative studies about the importance of copper for the Saxon mining history.:Abkürzungsverzeichnis..........3 Abbildungsverzeichnis..........3 Tabellenverzeichnis..........4 1. Einleitung..........6 2. Untersuchungsgebiet..........9 2.1 Räumliche Abgrenzung..........9 2.2 Geologischer Bau und Entwicklungsgeschichte..........13 2.3 Physisch-geographischer Überblick..........17 2.3.1 Boden..........17 2.3.2 Relief..........18 2.3.3 Klima und Vegetation..........19 3. Material und Methodik..........20 3.1 Teilgebiete innerhalb des Untersuchungsraumes..........20 3.2 Untersuchungen zu den Kupferlagerstätten im Erzgebirge..........22 3.3 Untersuchungen zum Kupfererzabbau 1470 bis 1750..........25 3.4 Begriffe, Einheiten und Namen..........26 4. Lagerstätten im Erzgebirge..........27 4.1 Überblick..........27 4.2 Prävariszische Erzlagerstätten..........29 4.2.1 Einordnung..........29 4.2.2 Konkordante Erzlager..........30 4.2.3 Prävariszische Skarne..........31 4.2.4 Felsitmineralisation..........31 4.3 Variszische Erzlagerstätten..........32 4.3.1 Einordnung..........32 4.3.2 Greisen und Zwitter..........32 4.3.3 Variszische Skarne..........33 4.4 Postvariszische Erzlagerstätten..........33 5. Vorkommen von Kupferlagerstätten im Erzgebirge..........35 5.1 Teilgebiet Schneeberg-Schwarzenberg..........35 5.1.1 Störungssysteme und hydrothermale Gänge..........35 5.1.2 Kupfermineralisationen in den Folgengruppen..........37 5.1.3 Einzelne Kupfervorkommen im Teilgebiet..........38 5.2 Teilgebiet Marienberg-Annaberg..........43 5.2.1 Störungssysteme und hydrothermale Gänge..........43 5.2.2 Kupfermineralisationen in den Folgengruppen..........46 5.2.3 Einzelne Kupfervorkommen im Teilgebiet..........47 5.3 Teilgebiet Freiberg..........50 5.3.1 Störungssysteme und hydrothermale Gänge..........50 5.3.2 Kupfermineralisation in den Folgengruppen..........52 5.3.3 Einzelne Kupfervorkommen im Teilgebiet..........55 5.4 Teilgebiet Altenberg-Glashütte..........56 5.4.1 Ausrichtung und Mineralisation der hydrothermalen Gänge..........56 5.4.2 Einzelne Kupfervorkommen im Teilgebiet..........59 6. Kupfererzabbau von 1470 bis 1750..........61 6.1 Teilgebiet Schneeberg-Schwarzenberg..........61 6.1.1 Kupferförderung im gesamten Teilgebiet..........61 6.1.2 Einzelne Abbaugebiete im Teilgebiet..........61 6.2 Teilgebiet Marienberg-Annaberg..........67 6.2.1 Kupferförderung im gesamten Teilgebiet..........67 6.2.2 Einzelne Abbaugebiete im Teilgebiet..........68 6.3 Teilgebiet Freiberg..........74 6.3.1 Kupferförderung im gesamten Teilgebiet..........74 6.3.2 Einzelne Abbaugebiete im Teilgebiet..........74 6.4 Teilgebiet Altenberg-Glashütte..........77 6.4.1 Kupferförderung im gesamten Teilgebiet..........77 6.4.2 Einzelne Abbaugebiete im Teilgebiet..........77 7. Überblick Teilgebiet Böhmisches Erzgebirge..........80 8. Ergebnisse..........81 9. Ausblick..........86 10. Zusammenfassung..........87 Liste bergmännischer Begriffe und Maße..........91 Liste der Minerale..........92 Literaturverzeichnis..........93