L. Sup. L.Supcneiir L. Super

\ I f i Si.

Fig. 223. — Coupe NO. -SE. de la région du lac Supérieur. H. Huronien.

1. harofllen (qaarixites et mioerai de fer). — 1 , diabases, gabbros et mélaphyres. — S, porphyres fwtiilêrea. — 3 et 5, diabasea et mélaphyres amygdaloïdei. — 4, grès et conglomérats iotercaléf. — t, ictetet et grès ronges. — 7, grès de Postdam (Cambriea discordant).

A Ja base, le huronien avec schistes micacés, quartzites et

Coll. Ecole det Mines, 1526. Voir 1. 1, p. 719, les minerais de fer de la même région.

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minerais de fer, emplit, dans le gneiss, une série de cuvettes isolées ; puis vient la série cuprifère, également précambrienne, de Keweenaw, qui forme, autour du lac Supérieur, un bassin synclinal de 100 000 kilomètres carrés ; le centre en était occupé par les grès du silurien inférieur et correspond à la cuvette lacustre actuelle. Des deux côtés, on retrouve symétriquement la même série, composée de plus de 10 000 mètres de couches, dont le tiers, au moins, est formé par des roches éruptives (diabases, gabbros, porphyres quartzifèrcs, mélaphyres, etc.). Une faille très accentuée met, au Sud, cette série éruptive en contact avec les grès eambriens de Postdam , surmontés plus loin horizontalement par des buttes de calcaire de Trenton. Il y a discordance nette entre le cambrien et le keweenaw de même qu*entre le huronien et le gneiss, tandis qu'en France et dans l'Europe centrale, la concordance est toujours absolue entre les micaschistes, schistes à séricite et phyllades, la première discordance, lorsqu'elle existe (Plateau central et Bohême), se trouvant entre les phyllades et le système silurien.

La série éruptive est nettement contemporaine des couches précambriennes de Keweenaw, où on la trouve intercalée et dont elle épouse toutes les inflexions. Elle résulte, d'après M. Irving, de coulées analogues à celles des laves et rarement d'injections postérieures ; sa composition est la suivante :

A la base, viennent des diabases, des gabbros à gros grains, avec et sans olivine, et quelques roches uniquement formées d'anorthite. Plus haut, apparaissent des diabases à grains fins, passant à des porphyrites et à des mélaphyres avec lits amygdalins ; les amygdales, en général disposées à la partie supérieure des eoulées, sont souvent remplies, par une action secondaire, de caleite, chlorite, quartz et cuivre natif. Des lits de conglomérats, plus sares à la base, alternent avec ces roches.

Puis on trouve une coulée puissante de porphyres quartzifères, en partie pétrosiliceux, dépassant 1000 mètres d'épaisseur. Audessus, des diabases et mélaphyres amygdaloïdes (3 et 5) alternent, de nouveau, avec des sables et conglomérats (4) ; enfin, la partie supérieure est composée de grès, schistes et conglomérats, atteignant encore 5 000 mètres de puissance et présentant des variétés

de grès rouges très analogues aux grès rouges des séries plus récentes de l'Europe.

Les lits détritiques, qu*on trouve intercalés à divers niveaux dans la série, mais particulièrement à son sommet, sont formés surtout, d'après M. Irving, de fragments de roches acides et paraissent résulter souvent d'une destruction presque contemporaine de leurs coulées sous -marines. Leur production est en rapport avec le mouvement d'affaissement du fond du synclinal da lac Supérieur et avec le phénomène de rapprochement de ses bords qui s'est poursuivi pendant tout le dépôt de la série.

En résumé, H. Irving a comparé ces épanchements de roches précambriennes' aux coulées de roches tertiaires, avec cette différence que l'ordre de succession des coulées acides et basiques parait beaucoup plus confus que dans les éruptions récentes et que les cinérites font défaut. Nous allons voir quel lien rattache, à ces roches, les gites métallifères.

Gîtes métallifères. — Le fer se trouve, comme nous l'avons dit, an voisinage du lac Supérieur, interstratifié dans les couches broniennes de la base du bassin ; le cuivre apparaît, au contraire, exclusivement dans la série de Keweenaw, habituellement sous forme de cuivre natif, rarement à l'état d'oxyde et de sulfure, et toujours en relation avec les roches basiques vacuolaires ou altérées» jamais avec les roches acides. D'une façon générale, on peut dire <{Q*il résulte, au milieu de ces roches et des conglomérats associés, devenues aqueuses, légèrement postérieures à leur épanchements venues ayant, soit rempli des fissures, soit pénétré par porosité dans la pâte même des roches et surtout dans leurs vacuoles. Sa présence, comme nous le montrerons bientôt plus en détail, est eo rapport avec un métamorphisme de ces roches qui y a développé de la chlorite, de l'épidote, etc., et provient nettement d'actions secondaires. Peut-être est-il permis d'établir un certain parallélisme entre cette association ancienne de cuivre et de coulées de roches et celle que nous retrouverons, sous une forme comparable, à l'époque tertiaire, au Boleo et au Caucase.

Los plus importantes régions cuprifères sont :

i"" Avant tout, la pointe de Keweenaw (fig. 224). Là se trouvent.

GÉOLOGIE APPLIQUËB

an Nord de la baie de Keweeoaw : Portage; Calumet andHeclay la plus grande miDe du lac Supérieur, produisant 18 000 tonnes par an; Quincy produisant 2200 tonnes; Osceola (près de Calumet),

Fig. 224. — Gsrle géologique de la région du lac Supérieur (d'après H. Irring).

I, Copperrdi. — î, Norlh Wcil, etc. — î, Qif. — *, HîiidchU. — S. Toltai. — 8, Adnnlnrc.

1600; Central Mine (la mine où l'on trouve les plus grandes masses de cuivre natif]; puis Copperfels (partie Nord); Cliffmme; South-Cliffe; North-Weslem; etc. : mines pour la plupart alignées (sauf Quincy et Copperfels) sur une zone de diabases et mélapbyres avec conglomérats intercalés ;

2* La région à'Otonagon, plus au Sud, compreDant la mine Minnesota, où le cuivre se trouve disséminé dans les mélaphyres en bancs généralement parallèles à la stratification ;

3° li'île Royale et le bord Nord canadien du lac.

Credner, et Groddeck a sa suite, ont distingué quatre gisements différents du cuivre :

1° Filons de fracture (Copperfels : filon Owl-Creck) ;

2^ Ciment ou élément accessoire du ciment grenu d'une brèche de porphyre pétrosiliceux, située dans les mélaphyres;

3^ Eléments accessoires des épidotites intercalées en lits irréguliers dans le mélaphyre (Concorde) ;

4"^ Remplissage complet ou partiel des amygdales des bancs de mélaphyres amygdaloïdes.

M. Irving, que nous suivrons de préférence, classe les trois derniers types en un seul groupe :

l"" Filons de fracture. — Les filons de fracture ont été seulement exploités pour cuivre dans la pointe de Keweenaw. lis s*y présentent avec des largeurs très variables, pouvant atteindre jusqu'à 10 mètres, mais habituellement restreintes entre 1 et 3 mètres. Au filon CliCT, la largeur est de 0,30 à 1 mètre ; au filon OwUCreck de la mine Copperfels, elle atteint 8°,50. Les parties riches s'y rencontrent uniquement dans les diabases amygdaloïdes ou à texture lâche, tandis que les roches compactes et massives contiennent à peine de cuivre; et cette relation de la richesse avec la porosité des roches encaissantes se retrouve, jusqu^à un certain point, à lïntersection des bancs gréseux. Les filons, souvent presque verticaux, ne se présentent pas, en général, sous forme de fractures aettes, mais sous forme d*une imprégnation progressive des épontes partant d'un réseau de fissures plus ou moins complexe et affectant, par suite, Tallure d'un stockwerck. Le remplissage comprend : quartz, calcite et prehnite, avec débris des roches voisines ; les veines uniquement formées de calcite sont généralement stériles. Le cuivre natif, associé avec un peu d'argent, est, soit en veines, soit en masses, qui peuvent atteindre de très grandes dimensions.

L'origine et le rôle de ces veines filoniennes dans la formation caprifère ont été Tobjet de grandes discussions. On les a souvent considérées comme de véritables filons, ayant servi de chenaux d'arrivée au cuivre, qui se sendt répandu de là dans les terrains encaissants. C'était la théorie exposée, tout au début des exploitations, par Rivot ; suivant lui, l'action électrique des diabases (trapps) avait été la cause de la précipitation du cuivre apporté par ces fractures, à la rencontre de ces roches. M. Irving est d'un

avis différent ; pour lui, le remplissage de ces veines résulte uniquement, comme celui des amygdales des diabases dont nous parlerons plus loin * et par un phénomène connexe, de la circulation d'eaux ayant produit, par remise en mouvement secondaire, le dépôt du cuivre. Les veines, à son avis, correspondent assurément à des fissures préexistantes du terrain que les eaux ont suivies, au lieu d'épouser, comme ailleurs, les plans de stratification; mais le filon que nous voyons aujourd'hui n'a pas les dimensions de cette fente préexistante : il est le résultat d'une imprégnation partie d'une fissure mince pour se répandre dans les roches encaissantes. Et il en donne comme preuves : l'existence de fragments nombreux de ces roches restés au milieu du réseau du stockwerck; la façon dont ces roches se sont altérées en se chargeant de cuivre ; surtout la plus large extension des fiions en même temps que leur richesse plus grande à la rencontre des roches poreuses et attaquables ; enfin la coïncidence, à la traversée des mêmes bancs, entre le développement des veines et celui des amygdales cuprifères. Tous ces aliments prouvent assurément que ces filons sont, en grande partie, des filons de substitution et non d'incrustation, et qu'ils ont été produits par la même circulation d'eaux qui a déposé le cuivre dans les couches stratifiées; ils nous semblent ne fournir aucune présomption, ni sur la venue première de ce cuivre, ni sur celle des eaux.

2^ Dépôts stratif ormes. — Les grès et conglomérats, où l'on trouve du cuivre natif, sont à peu près uniquement les bancs minces intercalés au milieu des couches de diabase ; cependant, on connaît un banc cuprifère unique dans les couches purement détritiques de Keweenaw supérieur ; c'est celui de Nonesuch dans les montagnes Pourcupine. Ce banc, qui a été suivi sur 200 kilomètres, contient du cuivre en plusieurs points.

D*une façon générale, le cuivre se présente dans ces terrains, soit comme un ciment (Calumet and Hecla), soit comme un produit de substitution dans le corps des grains cimentés et, toujours incontestablement, comme un produit secondaire apporté par des eaux. U semble rarement avoir rempli des interstices, mais,

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le plus souvent, avoir remplacé des éléments préexistants : c'est ainsi que, dans le grès de Nonesuch, on trouve fréquemment, au cœur du cuivre, des grains de magnétite.

Lorsque le métal existe d'ans les grains ou galets eux-mêmes, il se trouve surtout dans les feldspaths altérés dont il a d'abord suivi les directions de clivage.

Quelquefois aussi la venue métallifère a été accompagnée d'une altération des roches encaissantes qui a produit des épidotites (CoDcorde) ; ou encore le cuivre a pu pénétrer par porosité dans les amygdales des diabases et mélaphyres (lac Portage, Copperfels) : c'est-à-dire qu'en résumé, nous retrouvons, dans une cert^DC mesure, la classification de Gredner mentionnée plus haut', et c'est l'ordre que nous allons suivre dans la description.

Commençons par le cas d'un ciment métallifère : il se présente, par exemple, à la fameuse mine de Calumet and Hecla où l'on exploite un conglomérat cuprifère renfermant de très nombreux fragments de porphyre pétrosiliceux peu altérés, avec un ciment oii laplupart des feldspaths ont été remplacés par du cuivre. Cette altération, comme Ta montré Pumpelly, a eu pour corollaire un développement de chlorite et d'épidote toujours fréquentes au voisinage du enivre et finissant par former parfois les épidotites considérées par Gredner comme une troisième classe de gisements.

Le gite de Concorde est un excellent exemple de cette altération en épidote poussée à Textrème. Il s*agit là d'une couche de diabase amygdaloïde, remplie d'amandes et de cordons de quartz, de calcite et de laumonite, qui est souvent remplacée par une épidotile, c'est-à-dire par un mélange d'épidote et de quartz. Ce mélange est pétri d'amygdales et traversé par des veinules de quartz, de calcite et de pistazite (épidote vert bouteille) finement cristalline. Le cuivre natif se trouve, dans Tépidotite, en forme de houppes, de grains, de feuilles, de cordons anguleux et souvent ramifiés, et aussi en masses de plusieurs quintaux. Il est accompagné d'argent natif. La puissance du gtte de Concorde varie entre 0,30 et 9,30.

Enfin le cuivre se présente fréquemment à l'état de remplissage

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partiel ou complet à! amygdales des diabases; en particulier, autour du lac Portage où ces amygdales sont Tobjet d'une grande exploitation.

Comme Ta montré Pumpelly, le cuivre a été introduit là, postérieurement à la consolidation, dans une roche amygdaloîde analogue à celles qu'on trouve dans toutes les coulées volcaniques. Il y a pénétré par porosité, en suivant les clivages des minéraux, en s'introduisant dans tous les vides et y a cristallisé par substitution, à la place souvent d'amygdales de calcite. G est pourquoi, lorsqu'on ne trouve que de la calcite intacte dans les amygdales d'une roche diabasique peu altérée, on a peu de chances de rencontrer du cuivre. En même temps qu'il se déposait du cuivre, il s'est, en effet, développé de la chlorite, de l'épidote, de la prehnite, etc., qu'on trouve associées à une portion de la calcite non décomposée, aujourd'hui gangue du minerai. Le cuivre n'existe pas d'ailleurs que dans les amygdales ; il a pénétré également dans la pâte de la roche, partout où son altération le lui permettait.

Dans la région d'Ontonagon, en particulier à la mine autrefois fameuse de Minnesota^ on trouve des masses de cuivre avec épidote et calcite se rapprochant, jusqu'à un certain point, du caractère de fissures transversales précédemment décrites'.

Les amygdales de la mine Copperfelsy qui peuvent nous servir d'exemple, sont souvent entièrement remplies de cuivre natif. Le cuivre, provenant de ces cavités arrondies, dont le diamètre varie depuis celui d'une tête d'épingle jusqu'à celui d'un pois, est désigné par les mineurs sous le nom de cuivre en grains. Ces grains sont, tantôt isolés les uns des autres dans la p&te du mélaphyre, tantôt réunis par de petits fils de manière à former comme des grappes de raisin. On connaît aussi, à la même mine, des cavités courbes de 5 à 8 centimètres de longueur entièrement pleines de cuivre, produisant ce qu'on appelle des clous de cuivre. Là où les amygdales ne sont pas complètement remplies de cuivre natif, le minerai y est accompagné d'argent natif, de calcite, de quartz, de chlorite, de laumonile rouge, de prehnite, d'analcimef

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d*épidote, de datolite, d*oligiste, etc. Les zéolithes, qui y sont fréquentes, sont une des preuves de Tintervention des phénomènes aqueux dans leur remplissage. D'ailleurs ]*argent et le cuivre natif , d*une fusibilité très différente , n'auraient pu cristalliser ensemble dans une action ignée.

Comme conséquence pratique de cette description, M. Irving indique les règles suivantes pour la recherche des gisements de cuivre :

i^ On doit s'attacher de préférence aux diabases altérées et amygdaloîdes contenant surtout de Tépidote, de la prehnite et de la chlorite ; celles où Ton trouve la laumonite sont rarement riches, et celles où la calcite prédomine presque toujours stériles;

2^ Parmi les grès et conglomérats, on doit toujours s'attacher aux bancs minces intercalés au milieu des diabases;

3^Lc Keweenaw supérieur, à l'exception des grès de Nonesuch, n'est pas cuprifère.

Mode de formation des gisements. — Sur l'origine même du cuivre, on a émis deux hypothèses : la première que nous préférons, c'est qu'il provient du magma qui a donné les diabases, sinon de ces diabases mêmes et résulte, par suite, d'une activité hydrothermale Glonienne ayant pris une allure spéciale ; la seconde, cest qu'il a commencé par se déposer sédiraentairement sous formes de sulfures dans les conglomérats et grès du haut de la série de Keweenaw comme dans le permien de Russie, et que la circulation superficielle des eaux l'a emprunté postérieurement à ces terrains sous forme de sulfate, carbonate et silicate. Pumpelly, qui a émis cette dernière hypothèse, a eu le mérite de montrer que, si rorigine du cuivre était douteuse, la cause de sa précipitation était certainement un phénomène de cémentation produit par la magnétite contenue dans la pâte augitique des diabases ; la peroxydation de cette magnétite est, en effet, en relation avec le dépôt du cuivre ; mais sa théorie sur l'origine du métal parait difficilement admissible en raison de la rareté extrême du cuivre sulfuré dans les couches d'où il proviendrait, selon lui.

Maintenant faut-il admettre, avec Rivot, que la venue cuivreuse soit postérieure aux diabases, arrivée par les filons, épanchée par

GÉOLOGIK APPLIQUÉB

porosité dans les diabases et conglomérats, et que le dépôt s'est produit particulièrement dans les diabases, sinon à cause de leur action électrique, comme le supposait Rivot, au moins à cause de leur richesse en fer oxydulé. C'est ce que les géologues américains, auxquels nous devons nous fier, semblent peu disposés à admettre. Peut-être est-il permis de croire que la venue des diabases et leur coulée au fond d'un bassin sédimentaire ont été suivies d'abondantes intrusions de Teau de la mer dans le magma igné subsistant en profondeur, intrusions ayant déterminé la remontée presque immédiate d'eaux cuprifères qui ont ensuite agi, soit sur les fissures de la roche, soit sur ses vacuoles, par porosité.

Exploitation. — Au point de vue industriel, le tableau suivant montre le développement de ces mines depuis vingt ans * :