The tungsten-gold veins of Bonnac (French Massif central): new constraints for a Variscan granite-related genesis

Les filons à tungstène-or de Bonnac (Massif central français) : nouvelles contraintes pour une genèse reliée aux granites varisques

¹ Institut des Sciences de la Terre d’Orléans (ISTO), UMR 7327-CNRS/Université d’Orléans/BRGM, 1A, rue de la Férollerie, 45071 Orléans cedex 2, France
² Université de Rennes, CNRS, Géosciences Rennes − UMR 6118, 35000 Rennes, France

^* Corresponding author: florent-cg@hotmail.fr

Received: 29 April 2020
Accepted: 2 December 2020

Abstract

In the Brioude-Massiac district (French Massif Central: FMC), a network of W-As-Bi-Au quartz veins constitutes the Bonnac deposit, where tungsten is the major economic element, together with high-grade gold (up to 15 g/t Au). The evolution of this mineralization has been divided into 3 stages: (i) an early deep-seated wolframite-löllingite stage formed between 12 to 9 km, at up to 400 °C; (ii) a ductile/brittle deformation stage associated with scheelite and arsenopyrite deposition, with an estimated temperature of 480–300 °C; (iii) a late stage controlled by fluid-overpressure potentially triggered by fault-valve mechanism, at a depth of 7 to 5 km, and a temperature estimated between 266 to 240 °C, is marked by micro-fracturing infilled by native bismuth, bismuthinite, hedleyite, electrum, pyrite and base-metals. Structural analysis and apatite LA-ICP-MS U/Pb dating demonstrate a spatial and temporal link between the emplacement of the peraluminous leucogranitic dykes and the Bonnac mineralization. In more details, the mineralization was deposited between 321–316 Ma, during, or just after, the emplacement of the peraluminous dykes estimated around 329–315 Ma, suggesting a magmatic-hydrothermal transition for the ore-forming process. In the proposed model, the cooling of a hidden two-mica granitic pluton could have generated a magmatic fluid, and acted as the heat source responsible for fluid flow towards inherited permeability zones. The magmatic fluid could have then re-equilibrated at high temperature by fluid-rocks interaction. The sharp changes in pressure, associated with the decrease of the temperature, and sulfide-fugacity generated by a late input of meteoric fluid were responsible for the deposition of the late gold-stage. At the regional scale, the tungsten-gold event is ascribed to an early hydrothermal stage, dissociated from the formation of the antimony event in the district. The leucogranitic dykes and Bonnac quartz veins are controlled by a NW-SE stretching direction, interpreted as an expression of the Serpukhovian-Bashkirian syn-orogenic extension (D4 event of the FMC). These new data provide evidence for an early tungsten and gold metallogenic event in the FMC, prior the “Or300” event. The genetic classification of the Bonnac mineralization is equivocal. The W-As-Bi-Au-quartz veins exhibit the features of both an “orogenic gold” deposit at a relatively deep emplacement level (mesozonal), and an Intrusion-Related-Gold-Deposit (IRGD) type with a spatial-temporal link with the peraluminous intrusion emplacement. We propose that the Bonnac deposits represent an intermediate type between a typical orogenic-gold deposit and an IRGD. We argue that the presence of economic high-grade gold content in tungsten vein-type, and more generally the IRGD deposits, have been underestimated in the Variscan French Massif Central.

Résumé

Dans le district de Brioude-Massiac (Massif Central français ; FMC), les gîtes de Bonnac correspondent à un réseau de veines de quartz à W-As-Bi-Au. Le tungstène y est le principal métal économique, et est associé à de fortes teneurs en or (entre 1 et 15 g/t Au). L’évolution de cette minéralisation peut être divisée en 3 étapes : (i) un stade précoce à wolframite et löllingite, formé en profondeur, entre 12 et 9 km, et à des températures supérieures à 400 °C ; (ii) un stade de déformation ductile/cassant qui contrôle le dépôt de scheelite et d’arsénopyrite, estimé entre 480–300 °C ; (iii) un stade tardif, contrôlé par des surpressions de fluide marquées par une micro-fracturation colmatée par une paragenèse à bismuth natif, bismuthinite, hedleyite, électrum, pyrite associée à des métaux de base. Les surpressions de fluide seraient possiblement provoquées par un mécanisme de valve-sismique, à des températures comprises entre 266 et 240 °C, à une profondeur estimée entre 7 et < 5 km. L’analyse structurale, et les datations U/Pb sur apatite par la méthode LA-ICP-MS démontrent un lien spatial et temporel entre les dykes leucogranitiques peralumineux et les gîtes de la région de Bonnac. La formation de la minéralisation entre 321–316 Ma est contemporaine à légèrement plus jeune que celle des dykes peralumineux mis en place autour de 329–315 Ma, ce qui suggère une genèse lors d’une transition magmatique-hydrothermal. Dans ce modèle, le refroidissement d’un pluton granitique à deux micas sous-jacent, pourrait générer des fluides magmatiques et servir de source de chaleur activant une circulation du fluide vers des zones à haute perméabilité comme des fractures préexistantes. Le fluide magmatique aurait ensuite été rééquilibré à haute température par des processus d’interaction fluide-roches. Les changements brusques de pression, la baisse des températures, et de fugacité du soufre générés par un apport tardif de fluides météoriques semblent responsables du dépôt du stade aurifère tardif. À l’échelle régionale, l’événement or-tungstène est attribué à un stade hydrothermal précoce, et dissocié de la formation de l’événement à antimoine du district. La mise en place des dykes leucogranitiques et des veines de quartz de Bonnac est contrôlée par une direction d’étirement NW-SE, interprétée comme une expression de l’extension syn-orogénique d’âge Serpukhovien-Bashkirien (événement D4 du Massif Central français). Ces nouvelles données fournissent des preuves d’une première période métallogénique à tungstène et or dans le FMC avant l’événement « Or 300 ». La classification génétique des minéralisations de Bonnac est équivoque. Les veines de quartz à W-As-Bi-Au présentent à la fois les caractéristiques du modèle de l’« or orogénique », avec un niveau relativement profond de mise en place (mésozonal), et celles du modèle Intrusion-Related-Gold-Deposit (IRGD) avec un lien spatio-temporel entre la minéralisation et une intrusion peralumineuse. Nous proposons que Bonnac soit un type intermédiaire entre un modèle typique de l’or orogénique, et un IRGD. Nous soutenons que la présence de teneurs économiques en or dans les gisements de tungstène de type filonien, et plus généralement ceux de type IRGD, ont été sous-estimés dans la partie varisque du Massif Central Français.