Multistage development of a hydrothermal W deposit during the Variscan late-orogenic evolution: the Puy-les-Vignes breccia pipe (Massif Central, France)

Développement multiphasé d’un gîte hydrothermal à W au cours de l’évolution tardi-orogénique varisque : le conduit bréchique de Puy-les-Vignes (Massif Central, France)

¹ Université de Lorraine, CNRS, GeoRessources, F-54000 Nancy, France
² Nevada Bureau of Mines and Geology, University of Nevada, Reno, Nevada 89557-0178, USA
³ Univ Rennes, CNRS, Géosciences Rennes – UMR 6118, F-35000 Rennes, France
⁴ Department of Earth Sciences, University of Geneva, CH-1205 Geneva, Switzerland
⁵ Department of Geological Sciences, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba R3T 2N2, Canada
⁶ Department of Geology, Hassan II University of Casablanca, Geodynamics of old Chains Laboratory, Casablanca, Morocco
⁷ SOQUEM INC., 1740 Chemin Sullivan, Val-d’Or, Québec J9P 7H1, Canada
⁸ 5 Quai André Lassagne, 69001 Lyon, France

^* Corresponding author: mharlaux@unr.edu

Received: 9 May 2020
Accepted: 7 June 2021

Abstract

The Puy-les-Vignes W deposit, located in the northwestern French Massif Central (FMC), is a rare occurrence of a wolframite-mineralized hydrothermal breccia pipe hosted in high-grade metamorphic gneisses. We present an integrated study of this deposit aiming to characterize the ore-forming hydrothermal system in link with the Variscan late-orogenic evolution of the FMC. Based on a set of representative samples from the host rocks and mineralization, we describe a detailed paragenetic sequence and we provide the major and trace element geochemistry of the granitic rocks and W–Nb–Ta–Sn–Ti oxide minerals, in situ U/Pb and ⁴⁰Ar/³⁹Ar geochronology, and a fluid inclusion study of quartz and wolframite. We demonstrate that the formation of this W-mineralized breccia pipe results from a multistage development related to four major episodes during the late Carboniferous. The first episode corresponds to the emplacement of an unexposed peraluminous granite at ca. 324 Ma, which generated microgranite dykes exposed at the present-day surface. The second episode is the formation of the quartz-supported breccia pipe and wolframite mineralization at ca. 318 Ma at a paleodepth of 7 km. The mineralizing fluids have a H₂O–NaCl–CO₂–CH₄–N₂ composition, a moderate-salinity (< 9 wt.% NaCl eq) and were trapped at high-temperatures (> 400 °C) during lithostatic to hydrostatic pressure variations caused by hydrofracturing of the host rocks. Wolframite deposition is interpreted to result from a W-rich intermediate-density magmatic fluid that exsolved from an evolved leucogranite and interacted with volatile-rich metasedimentary country rocks and/or possibly mixed with low-salinity metamorphic fluids of deep origin. The third episode corresponds to magmatic-hydrothermal Nb–Ta mineralization overprinting the W-mineralized system interpreted to be related to the intrusion at ca. 311 Ma of a rare-metal granite, which is part of a regional peraluminous rare-metal magmatism during the 315–310 Ma period. Finally, the last episode corresponds to disseminated Bi ± Au–Ag mineralization emplaced at ca. 300 Ma, which shares similar mineralogical features with late Carboniferous orogenic gold deposits in the FMC. The Puy-les-Vignes W deposit records, therefore, a multistage and long-lived development that extends over a timespan of 25 million years in a regional setting dominated by protracted peraluminous magmatism and high-temperature and low-pressure metamorphism. Although the local environment of ore deposition is atypical, our results show that the mineral assemblages, alteration styles, and fluid characteristics of the Puy-les-Vignes breccia pipe are similar to those of other peri-granitic W deposits in the FMC.

Résumé

Le gîte à W de Puy-les-Vignes, situé dans le nord-ouest du Massif Central Français (MCF), est une occurrence rare de conduit bréchique hydrothermal minéralisé en wolframite et encaissé dans des gneiss de haut-degré métamorphique. Nous présentons une étude intégrée de ce gîte dans l’objectif de caractériser le système hydrothermal minéralisé en lien avec l’évolution tardi-orogénique varisque du MCF. Sur la base d’un ensemble d’échantillons représentatifs des roches encaissantes et de la minéralisation, nous décrivons une séquence paragénétique détaillée et nous présentons la géochimie des éléments majeurs et traces des roches granitiques et des oxydes de W–Nb–Ta–Sn–Ti, la géochronologie U/Pb et ⁴⁰Ar/³⁹Ar in situ, et une étude des inclusions fluides dans le quartz et la wolframite. Nous démontrons que la formation du conduit bréchique minéralisé en W résulte d’un développement multiphasé liée à quatre épisodes majeurs au cours du Carbonifère supérieur. Le premier épisode correspond à la mise en place d’un granite peralumineux non-affleurant à environ 324 Ma, qui a produit des dykes de microgranites affleurant à la surface actuelle. Le second épisode est la formation du conduit bréchique quartzeux et de la minéralisation à wolframite à environ 318 Ma à une paléo-profondeur de 7 km. Les fluides minéralisateurs ont une composition à H₂O–NaCl–CO₂–CH₄–N₂, une salinité modérée (< 9 wt.% NaCl eq) et ont été piégés à hautes températures (> 400 °C) pendant des variations de pressions lithostatiques à hydrostatiques causées par la fracturation hydraulique des roches encaissantes. Le dépôt de la wolframite est interprété comme le résultat d’un fluide magmatique riche en W de densité intermédiaire issu d’un leucogranite évolué qui a interagit avec des roches métasédimentaires riches en volatiles et/ou s’est possiblement mélangé avec des fluides métamorphiques de faible salinité d’origine profonde. Le troisième épisode correspond à la formation d’une minéralisation magmatique-hydrothermale à Nb–Ta se superposant au système minéralisé à W et lié à une intrusion de granite à métaux rares mise en place à environ 311 Ma, qui fait partie d’un magmatisme peralumineux à métaux rares d’échelle régionale pendant la période 315–310 Ma. Enfin, le dernier épisode correspond à une minéralisation disséminée à Bi ± Au–Ag mise en place à environ 300 Ma qui partage des similarités minéralogiques avec les gîtes d’or orogéniques tardi-Carbonifère du MCF. Le gîte à W de Puy-les-Vignes enregistre donc un développement multiphasé et de longue durée s’étalant sur 25 millions d’années dans un contexte régional dominé par du magmatisme peralumineux prolongé et du métamorphisme de haute température et basse pression. Bien que l’environnement de formation du gîte soit atypique, nos résultats montrent que les assemblages minéraux, les styles d’altérations et les caractéristiques des fluides du conduit bréchique de Puy-les-Vignes sont similaires à ceux d’autres gîtes péri-granitiques à W du MCF.