Géologie de l\'environnement

GENESE ET MISE EN PLACE DES OCCURRENCES CUPRIFERES DE LA M’VUNZI, Région d’Inga (Bas-Congo, R.D.C.)  Trésor MADIENGA KITSHABI Résumé La région arrosée par la rivière M’vunzi, affluent de droite du fleuve Congo, présente des occurrences cuprifères au sein des roches vertes et dans leurs zones de contact avec les gneiss adjacents. La minéralisation Fe-cu est probablement liée à la présence d’intrusions acides en profondeur. Celles-ci seraient à l’origine de solutions pneumatolyto-hydrothermales ayant provoqué la chloritisation intense de la biotite primaire et la résorption partielle du microcline qui situe la mise en place du minerai à des températures de l’ordre de 300°C, à la limite des conditions mésothermales et pneumatolytiques. 1. INTRODUCTION La présente étude fait suite aux observations réalisées par NZAMBE, K. et LUBALA, N. (2000) dans la région d’Inga (fig.1, p.2) où affleurent des roches vertes et des gneiss attribués au Zadinien (CAHEN, L. et al., 1984). Ces roches présentent des indices de minéralisation Fe-Cu sous forme de cristaux et de veinules localisés principalement dans les zones de contact de deux types de roches, qui sont des zones de faiblesse structurale. Ces occurrences Fe-Cu observées en dehors des formations de l’Ouest-Congolien, où des indices des métaux de base sont fréquents (LEPERSONNE, J. 1973), suscitent des espoirs quant à l’extension des gîtes métallifères dans le soubassement protérozoïque moyen et inférieur du Bas-Congo. En outre, la région prospectée a suscité une controverse dans l’interprétation du mode de mise en place des roches basiques et ultrabasique aujourd’hui transformées en roches vertes. Il s’avère donc intéressant dans le cadre de cette étude de déterminer l’origine de la minéralisation Fe-Cu et de voir si elle fait partie du contenu syngénétique des roches hôtes, ou si elle résulte d’apports extérieurs aux matériaux ignés observés. Pour atteindre l’objectif assigné à cette étude, nous avons mené des investigations sur le terrain selon le même itinéraire suivi par NZAMBE, K. et LUBALA, N. (2000) en prêtant plus attention à tout indice de minéralisation observable sur le parcours. Des échantillons de roches et de minerais prélevés ont fait l’objet d’observations microscopiques en lames minces et en sections polies. Toutefois, il n’a pas été possible d’effectuer des analyses chimiques fiables des roches faute d’appareillage adéquat et de réactifs. Les quelques résultats analytiques obtenus sur un ensemble de petits cristaux de sulfures nous ont permis d’utiliser le diagramme ternaire d’INTIOMALE (1995) qui détermine l’origine des solutions minéralisatrices et des minerais par un simple report de leurs points représentatifs dans le diagramme. Ce diagramme permet également de situer les minéralisations dans un environnement marin ou continental selon la composition des minéraux analysés. 2. CADRE PHYSIQUE Les occurrences cuprifères étudiées dans ce travail sont situées dans le Bas-Congo et, plus précisément, dans le district du Bas-fleuve, au sud du plateau d’Inga, à environ 30 Km au nord de Matadi. Elles sont compris entre 13°31’08’’ et 13°33’46’’ de longitude Est et 5°32’30’’ et 5°34’55’’ de latitude Sud (Fig.1, p.2). Fig. 1. Localisation des occurrences cuprifères de la M’vunzi (Région d’Inga) Source : I.G.C.B., 1957. Comme dans l’ensemble du Bas-Congo, notre secteur d’étude jouit d’un climat de type tropical soudanien avec 7 mois de saison pluvieuse et 5 mois de saison sèche. La température moyenne annuelle est de 25°C et la pluviosité annuelle est de 1200 à 1300 mm en moyenne (sur 25 ans). D’une manière générale, le Bas-Congo jouit d’un climat influencé, d’une part, par l’orographie et, d’autre part, par l’océan Atlantique (courant marin froid de Bengwela). Actuellement, ce secteur étudié se trouve dans un pays de savane guinéenne arbustive parsemée lambeaux forestiers le long de cours d’eaux ayant un climat de type KÖPPEN : AW4. Dans son ensemble, cette région montre un paysage de colline et de plateaux allongés NNW-SSE dont l’altitude moyenne est comprise entre 550 et 600 m. En ce qui concerne l’hydrographie, ce secteur d’étude est particulièrement drainé par deux tributaires du fleuve Congo : la M’vunzi et la Bundi qui ont à leur tour respectivement la Malafu, la Manzelele et Womba, la Bania, la Lukulu comme affluents. Du point de vue de la géologie, notre secteur d’étude fait partie du Zadinien qui comprend trois formations :  Les formations de la Vangu-Gangila,  Les formations de Tshela,  Les formations de Matadi. A ces formations s’ajoutent celles de métasédiments de la Sikila-Gangila. Les études récentes ont montré que le complexe des roches vertes de Gangila, précédemment considéré comme appartenant au Zadinien, est en réalité discordant sur celui-ci. Il est surmonté en concordance par une formation volcano-sédimentaire, Formation de la Vangu. L’ensemble constitué par ces deux formations dénommé faisceau de la Vangu et de Gangila est surmonté en discordance par le Mayumbien. L’importance et sens de deux discordances limitant les faisceaux étant insuffisamment connus, il n’est pas possible actuellement de déterminer si les faisceaux de la Vangu et de Gangila doivent être rattachés au Zadinien ou au Mayumbien. Il est provisoirement rattaché à la partie sommitale du Zadinien (LEPERSONNE, J., 1974).  La Formation de la Vangu est un ensemble métasédimentaire constitué de talcshistes, de quartzites, de roches vertes schistoïdes, de schistes avec à la base des schistes verts chloriteux, des intercalations de conglomérats, de quartzites et de roches vertes.  La Formation de Gangila est constituée d’amphibolites, schistes amphibolitiques, roches vertes, épidotites, dolérites et de laves modifiées.  Les Formations de Tshela comprennent la formation supérieure constituée des mêmes roches, avec localement des lits graphiteux, des roches carbonatées et des quartzites purs massifs, et la formation inférieure est constituée essentiellement des quartzites qui passent dans le Nord-Ouest du Mayumbe à des schistes et à des quartzites graphiteux.  Les Formations de Matadi-Palabala comprennent la formation de quartzites de Matadi au sommet et vers la base la formation de Palabala constituée de quartzites micacés.  Les Formations métasédimentaires de la Sikila-Gangila comprennent au Nord-Est et au Sud-Ouest deux massifs granitiques appartenant à la série intrusive de la Lufu (NE) et de la M’vunzi (SW). Notons, enfin, que les gneiss migmatiques, les gneiss amphibolitiques et les calcaires cristallins du complexe de Mpozo-Tombagadio seraient à rattacher à la granitisation de la M’vunzi. Concernant les épidotites, CAHEN, L. (1954), qui a cartographié ces roches vertes vers le nord de Matadi, pense qu’elles s’étendraient sur plus de 50 Km dans cette direction. L’épidotisation intense qui a affecté toutes les roches couvrant la région située entre Matadi et Sekebanza, notre secteur d’étude y compris, ne lui a pas permis de faire la distinction entre les roches vertes proprement dites et d’autres formations du Supergroupe Mayumbien affectée par ce même mode de métamorphisme. C’est ainsi qu’une partie des phyllites feldspathiques fortement épidotisées a été cartographiée comme étant de l’épidotite par cet auteur. 3. OSERVATION MICROSCOPIQUE DES SECTIONS POLIES Pour la détermination des minéraux métallifères au microscope polarisant, nous nous sommes servis des critères établis par ROUBAULT, M. (1963), par BLOSS, F.D. (1966) et TROGER, W.E. (1979). Six sections polies ont été préparées sur les roches échantillonnées. Elles présentent des grains fins observables à l’œil nu. Quoique des cristaux de plusieurs millimètres de largeur aient été observés macroscopiquement, les sections polies ont montré une certaine monotonie dans la nature des minéraux métallifères. La pyrite est le principal minéral. Elle est idiomorphe, en cubes ou en dodécaèdres, au sein de la roche saine, mais sous forme de veinules dans les fissures et dans les agrégats lenticulaires de quartz où elle est accompagnée d’un peu de chalcopyrite. Compte tenu de la finesse des cristaux, l’analyse chimique a été réalisée sur un composite de grains indifférenciés préalablement pulvérisés (Tableau 1). Tableau 1 : Analyse chimique des cristaux % Cu % Co % K % Na % Ca 0,09 0,01 0,70 0,93 0,02 La chalcopyrite a été observée macroscopiquement en cristaux bien formés et dans les fissures colmatées par du quartz, surtout sur des échantillons à tendance schisteuse prélevés près des contacts des roches vertes et des gneiss voisins comme observé également par NZAMBE, K. et LUBALA, N. (2000). Ces zones de contacts n’ont cependant pas subi les effets de l’orogenèse zadinienne (CAHEN, L. et LEPERSONNE, J., 1966). Toutefois, NZAMBE, K. et LUBALA, N. (2000) attribuent les déformations à une seule phase de plissement ayant affecté la région et qui serait plutôt Ouest-Congolienne. Par contre, au microscope, les roches saines à épidote ne présentent aucun grain individualisé de chalcopyrite. Un seul fragment a été observé en inclusion dans un grain de pyrite craquelé. L’hématite résulte de l’altération de la pyrite. La plupart des cristaux de pyrite automorphes sont entourés par un liséré d’hématite. Ailleurs, de petits cristaux de pyrite sont complètement épigénisés en hématite. Cette configuration de la pyrite est assez fréquente dans la zone d’oxydation des gisements hydrothermaux (INTIOMALE, M.M., 1982). 4. AGE RELATIF DE LA MINERALISATION Fe-Cu Les occurrences cuprifères observées au sein des roches vertes des environs de la M’vunzi constituent un événement dans la mesure où nulle trace de cuivre n’a été signalée dans la région en dehors des formations de l’Ouest-Congolien (LEPERSONNE, J., 1973). Le premier sulfure ayant cristallisé est la pyrite, en cristaux automorphes exempts d’inclusions et dont l’habitus montre qu’ils sont précoces. Quelques cristaux de chalcopyrite seraient contemporains de cette pyrite. Cette pyrite a subi les effets de la tectonique et sa croissance a été localement interrompue. Les cristaux sont auréolés d’hématite secondaire. Les veinules pyriteuses et chalcopyritiques, associées au quartz dans les fissures de la roche, sont également limpides et craquelées. Elles sont donc syntectoniques. Cependant, la dernière orogenèse ayant affecté en même temps les formations zadiniennes et post-zadiniennes est l’orogenèse Ouest-Congolienne (TACK, L. 1983 et TACK, L. et al. 2001). La mise en place des veinules à chalcopyrite et pyrite serait syntectonique, à rattacher à l’orogenèse Ouest-Congolienne, moins de 733 Ma (CAHEN, L. et al. 1984). Par contre une nouvelle cristallisation de pyrite autour d’anciens noyaux craquelés marque le dernier stade de la cristallisation de minéraux métallifères. Cette dernière pyrite est très poécilithique. La mise en place des minéraux métallifères s’est donc fait en trois stades :  Stade préorogénique, à cristaux de pyrite et de chalcopyrite automorphes, limpides ;  Stade synorogénique, à pyrite limpide associée à la chalcopyrite dans les veinules quartzeuses ;  Stade postorogénique, marqué par une reprise de la cristallisation de pyrite poécilithique autour de quelques anciens noyaux des veinules. 5. ORIGINE DES SULFURES Fe-Cu Les différents traits de la minéralisation métallifère décrite ci-dessus révèlent que les cristaux idiomorphes ont cristallisé à partir du stock magmatique en même temps que les minéraux silicatés primaires des roches hôtes. Leur seule transformation étant une épigénisation très poussée en hématite dans les zones d’affleurement exposées aux intempéries. Certains cristaux ont été interrompus dans leur croissance. Les occurrences fissurales de pyrite et de chalcopyrite associées au quartz semblent résulter de solutions riches en silice, de type pneumatolyto-hydrothermal, ayant provoqué la chloritisation de la biotite primaire et de l’actinote, ainsi que la résorption partielle du microcline engendrant la biotite. La résorption partielle du feldspath potassique au profit du mica s’apparente à un début de greisenification résultant des fluides pneumatolytiques et hydrothermaux de haute température. La mise en place des minerais Fe-Cu syntectoniques aurait donc eu lieu à des températures avoisinant les 300°C. En effet, l’association quartz-pyrite-chalcopyrite est typique des gisements mésothermaux formés entre 300 et 200°C (DOROKHINE, I. et al., 1967). De ce fait, la proximité probable d’intrusions acides serait à l’origine des solutions minéralisatrices, dont la pénétration aurait privilégié les zones de contact entre les roches vertes et les gneiss adjacents (NZAMBE, K. et LUBALA, N., 2000). IVOSEVIC (1984) parle de ce genre de minéralisations liées à des séquences roches vertes-gneiss de type eugéosynclinal, ou à des roches vertes mafiques intraocéaniques associées à des métavolcanites gneissoïdes. Ce qui semble être le cas dans l’environnement investigué dans le cadre de cette étude. Les minerais se présentent de sous forme de :  Disséminations métasomatiques de filiation plutonique,  Veines et stockwerks d’origine hydrothermale,  Sulfures massifs volcanogéniques, dont le type Kuroko (Fig.2, p.7),  Gisements métamorphogènes des zones de cisaillement. Les veinules quartzeuses à pyrite-chalcopyrite dans les environs de la M’vunzi appartiennent vraisemblablement au type rapporté par IVOSEVIC (1984). Ce qui présagerait l’existence de veines ou de stockwerks métallifères plus importants dans la région d’Inga. Notons que les grains pulvérisés et analysés sous forme d’un composite unique ont donné des teneurs en potassium, sodium et calcium ayant permis l’utilisation du diagramme ternaire d’INTIOMALE (1995) afin de déterminer l’origine des solutions minéralisatrices. La position du point représentatif de ce composite sur le diagramme (Fig.2, p.7) montre que les solutions mères étaient hypogènes et qu’elles auraient été diluées par de l’eau de mer recyclée. Le diagramme ternaire d’INTIOMALE vient ainsi confirmer l’environnement océanique ayant donné naissance aux roches basiques et ultrabasiques actuellement transformées. Les solutions minéralisatrices de la vallée de la M’vunzi différent donc génétiquement des solutions supergènes ayant parcouru les formations de l’Ouest-Congolien (NSEKA, M. et KIBAMBE, M., 2002, BIOKO, D. et KOMBIE, A., 2004). H : HYPOGENE M : MIXTE S : SUPERGENE LUFILIAN BELT (R.D.C.) Zn-Pb-Cu Cu-Fe Ba-Fe Cu-Co KUROKO (JAPON) o Zn-Pb, Cu-Fe OUEST-CONGO (R.D.C.) + Ba-Fe x Cu-Fe Fig. 2: Diagramme ternaire d’INTIOMALE. Origine des solutions minéralisatrices 6. CONCLUSION La région arrosée par la rivière M’vunzi, affluent de droite du fleuve Congo, présente des occurrences cuprifères au sein des roches vertes et dans leurs zones de contact avec les gneiss adjacents. La pyrite présente trois stades de cristallisation :  Un stade préorogénique ayant engendré des cristaux idiomorphes, limpides, actuellement auréolés d’hématite ou complètement épigénisés,  Un stade synorogénique probablement tardif, à caractère pneumatolyto-hydrothermal, enrichi en cuivre dans les veinules quartzeuses le long des contacts roches vertes-gneiss,  Un stade postorogénique marqué par la reprise de la cristallisation autour de quelques anciens noyaux craquelés au sein des veinules. La minéralisation Fe-cu est probablement liée à la présence d’intrusions acides en profondeur. Celles-ci seraient à l’origine de solutions pneumatolyto-hydrothermales ayant provoqué la chloritisation intense de la biotite primaire et la résorption partielle du microcline qui situe la mise en place du minerai à des températures de l’ordre de 300°C, à la limite des conditions mésothermales et pneumatolytiques. L’association pyrite-chalcopyrite-quartz est caractéristique des gisements mésothermaux (300-200°C). Elle différencie les solutions hypogènes de la régions d’Inga des solutions supergènes génératrices de gisements à Ba-Fe et Zn-Pb de l’Ouest-Congolien, mis en place à des températures inférieures à 180°C. Les occurrences cuprifères ainsi observées méritent d’être davantage étudiées afin de cerner leur extension dans la région, et de repérer les aires susceptibles d’être valorisées. BIBLIOGRAPHIE 1. BIOKO, D. et KOMBIE, A. 2004. Sur les concentrations sédimentaires des métaux et les drains souterrains des fluides hydrothermaux générateurs des filons à Ba-Fe et Zn-Pb de l’Ouest-Congolien (Bas-Congo, RDC). Mémoire de licence, Fac. des Sciences, UNIKIN, Inédit, 60p. 2. BLOSS, F.D. 1966. An introduction to the methods of optical crystallography. Holt, Rinehart (Hart and Winston), New York, London. 294p. 3. CAHEN, L. 1954. Géologie du Congo Belge. H. Vaillant Carmanne, Liège. 4. CAHEN, L. et LEPERSONNE, J. 1966. Existence de trois orogenèses du Précambrien du Bas-Congo, C.R. Acad. Sc, 262, Paris, pp1181-1984. 5. CAHEN, L., SNELLING, N.J., DELHAL, J. VAIL, J.R., BONHOMME, M. and LEDENT, D. 1984. The geochronology and evolution of Africa. Clarendon Press. Oxford. 512p. 6. DOROKHINE, I. et al. 1967. Gisement de minéraux utiles et leur prospection. Editions « Ecole supérieure », Moscou, 412p. 7. INTIOMALE, M.M. 1982. Le gisement Zn-Pb-Cu de Kipushi (Shaba, Zaïre). Etude géologique et métallogénique. Thèse de doctorat en Sciences. UCL, Inédite, 170p. 8. IVOSEVIC 1984. 9. LEPERSONNE, J. 1973. 10. LEPERSONNE, J. 1974. Notice explicative de la carte géologique du Zaïre au 1/2.000.000. Rép. Zaïre. Dépt. Mines, Dir., Géol., 1974, 1-62. 11. NSEKA, M. et KIBAMBE, M. 2002. Gîtologie et métallogénie du gisement baryfère du Pont-Lukusu, District de la Lukaya (Bas-Congo, RDC). Mémoire de licence, Fac. des Sciences, UNIKIN. Inédit. 65p. 12. NZAMBE, K. et LUBALA, N. 2000. Etude cartographique, pétrographique et structurale des environs de la M’vunzi (Bas-Congo). Mémoire de licence, Fac. des Sciences, UNIKIN, Inédit, 65p. 13. ROUBAULT, M. 1963. Détermination des minéraux des roches au microscope polarisant, Lamarre-Poinat, Paris, 325p. 14. TACK, L. 1983. Extension du Mayubien du Bas-Zaïre. Le problème de la délimitation cartographique et implication sur les concepts du cadre géologique régionale du Précambrien au Bas-Zaïre. Rapp. Ann. 1981-1982. MRAC, Tervuren. 125-126p. 15. TACK, L., WINGATE, M.I.D., LIEGEOIS, J-P., FERNANDEZ-ALONSO, M., et DEBLOND, A. 2001. Early neoprotozoic magmatism (1000-910 M.y.) of the Zadinian and Mayumbian Groups (Bas-Congo). Onset of Rodinia rifting and Western edge of the Congo craton. Precamb. Research. 110. pp.277-306. 16. TROGER, W.E. 1979. Optical determination of rock forming minerals. English Edition of the 4th German Edition, Stutgart.