الاستعداد لمباراة CRMEFPréparation CRMEFمباراة CRMEFCRMEF SVT

الموارد المعدنية (2): المكامن ذات الأصل الخارجي والسياقات الجيوديناميكية للمكامن الفلزية

أهداف الدرس

في نهاية هذا الدرس، ينبغي أن تكون قادرًا على:

  • تحديد الآليات الأربع التي تُركّز بها العمليات السطحية الفلزات: الإقصاء، الفرز الميكانيكي، الترسيب الكيميائي، وإعادة التوزيع فوق-الجيني.
  • تفسير تكوّن المكامن المتبقية (البوكسيت، اللاتيريت النيكلي) بالسلوك التفاضلي للعناصر أثناء التغيّر الصخري.
  • وصف مقطع الإغناء فوق-الجيني لمكمن كبريتيدي وتفسير نطاقاته، واستعمال القبعة الحديدية كدليل استكشاف.
  • تفسير تكوّن الرواسب الغرينية المعدنية (placers) بالكثافة والمقاومة الكيميائية وانخفاض كفاءة التيار، وتحديد مواضعها في الوسط النهري والساحلي.
  • تفسير المكامن الرسوبية الكيميائية للحديد والمنغنيز بجبهة الأكسدة-الاختزال.
  • شرح دور المحاليل الملحية الحوضية في تكوّن مكامن Pb-Zn (نوعا SEDEX وMVT).
  • ربط مختلف أنواع المكامن الفلزية بسياقاتها في إطار تكتونية الصفائح، والتعرّف على أمثلة من المغرب.

1. المبدأ: كيف تُركّز العمليات السطحية الفلزات؟

المكامن ذات الأصل الخارجي (exogènes) تتكوّن بآليات دورة الصخور الرسوبية: التغيّر الصخري، التعرية، النقل، الترسب (الدروس 142–146). تطبَّق عليها نفس سلسلة الدرس 190 (مصدر ← نقل ← مصيدة ← حفظ)، لكن الوسيط هنا هو الماء السطحي أو تيارات النقل، والمصدر غالبًا صخر أو مكمن قديم يتعرض للتغيّر.

توجد أربع آليات للتركيز:

الآلية منطقها نوع المكمن
الإقصاء (concentration résiduelle) العناصر المتحركة تُغسل وتُصدَّر، فيتركّز نسبيًا العنصر غير المتحرك في المكان البوكسيت، اللاتيريت النيكلي
الإغناء فوق-الجيني (enrichissement supergène) الفلز يُذاب في الأعلى ويُعاد ترسيبه في الأسفل، فوق مكمن موجود نطاق الإغناء الثانوي للكبريتيدات
الفرز الميكانيكي (tri hydraulique) المعادن الكثيفة والمقاومة تُترك حيث تنخفض كفاءة التيار الرواسب الغرينية المعدنية
الترسيب الكيميائي (précipitation chimique) الفلز المذاب يترسب عند تغيّر ظروف الوسط (الأكسدة، pH) الحديد المشرّط، المنغنيز، مكامن Pb-Zn الحوضية

2. المكامن المتبقية: التركيز بالإقصاء

2.1 البوكسيت: خام الألومنيوم

  • الآلية: في مناخ حار ورطب مع تصريف جيد للمياه، تبلغ الحلمأة أقصى درجاتها (الألّيتية، allitisation — الدرس 142): السيليس والكاتيونات القاعدية (Na، K، Ca، Mg) تُغسل، بينما يبقى الألومنيوم في المكان على شكل هيدروكسيدات (جيبسيت...).
  • النتيجة: غطاء تغيّر غني بـ Al₂O₃ هو البوكسيت (bauxite).
  • الشروط: مناخ استوائي، صخر أم غني بالألومنيوم، تضاريس تسمح بالتصريف دون تعرية سريعة، ومدة طويلة.

2.2 اللاتيريت النيكلي

  • المصدر: صخور فوق قاعدية (بيريدوتيت، سربنتينيت — غالبًا من الأوفيوليتات) يحتوي أوليفينها على ≈ 0,2–0,3 % Ni.
  • الآلية: أثناء التغيّر الاستوائي، يُحلمأ الأوليفين ويُغسل المغنيزيوم والسيليس؛ يتركّز الحديد في الأعلى على شكل أكاسيد-هيدروكسيدات (اللاتيريت)، بينما يُذاب النيكل جزئيًا في الأعلى ويُعاد ترسيبه في الأسفل في الصخر المتحلل (saprolite) على شكل سيليكات مائية نيكلية (الغارنييريت).
  • النتيجة: تركيز ≈ 1–3 % Ni، أي إغناء بمعامل ≈ 5 إلى 10 مقارنة بالصخر الأم. (مثال عالمي: كاليدونيا الجديدة.)
صورة 1 — قيد الإعداد
وصف الوثيقة

خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector) بخطوط واضحة، تعرض مقطعين عموديين متجاورين لغطاء تغيّر استوائي فوق صخر أم. المقطع الأيمن معنون «بوكسيت فوق صخر غني بالألومنيوم»: من الأسفل إلى الأعلى صخر أم رمادي، ثم نطاق صخر متحلل فاتح، ثم نطاق سميك بلون أحمر برتقالي مسمى «بوكسيت: Al₂O₃ متركّز»، مع أسهم زرقاء نازلة على الجانب مسماة «غسل SiO₂ وNa وK وCa وMg». المقطع الأيسر معنون «لاتيريت نيكلي فوق بيريدوتيت»: من الأسفل بيريدوتيت أخضر داكن، ثم نطاق صخر متحلل أخضر فاتح مع عروق خضراء زاهية مسماة «الغارنييريت: إعادة ترسيب Ni»، ثم نطاق أحمر داكن في الأعلى مسمى «لاتيريت حديدي: Fe متركّز»، وسهم منحن من الأعلى نحو الأسفل مسمى «إذابة Ni في الأعلى وإعادة ترسيبه في الأسفل». في أعلى الرسم شمس ومطر رمزيان مع تسمية «مناخ حار ورطب». خلفية بيضاء، تسميات بخط عربي واضح، دقة علمية

3. الإغناء فوق-الجيني للمكامن الكبريتيدية

عندما يصل مكمن كبريتيدي أولي (بورفير نحاسي مثلًا — الدرس 190) إلى قرب السطح بفعل التعرية، يعيد الماء الجوفي توزيع فلزاته بالنسبة إلى سطح الماء الجوفي (المستوى التغمازي).

3.1 النطاقات من الأعلى إلى الأسفل

النطاق الموقع ما يحدث المعادن المميزة
القبعة الحديدية (chapeau de fer, gossan) السطح أكسدة الكبريتيدات → حمض الكبريتيك يذيب Cu؛ الحديد غير المتحرك يبقى أكاسيد-هيدروكسيدات الحديد (ليمونيت، غوتيت)
النطاق المؤكسد فوق سطح الماء الجوفي ترسب جزئي للنحاس في ظروف مؤكسدة كربونات النحاس (مالاكيت، أزوريت)، أكاسيد
نطاق الإغناء الثانوي (zone de cémentation) تحت سطح الماء الجوفي مباشرة ظروف مختزلة: النحاس المذاب النازل يعوّض الكبريتيدات الأولية ويترسب كبريتيدات ثانوية غنية بالنحاس (كالكوسيت، كوفيليت)
النطاق الأولي (hypogène) في العمق لم يتأثر الكبريتيدات الأولية (بيريت، كالكوبيريت)

3.2 منطق الآلية

  • سطح الماء الجوفي حدٌّ بين وسط مؤكسد (أعلى) ووسط مختزل (أسفل). النحاس يتحرك في الوسط المؤكسد الحمضي، ويترسب عند بلوغه الوسط المختزل.
  • النتيجة: النحاس الذي كان موزعًا في عمود كامل يتركّز في نطاق ضيق، فقد يتضاعف التركيز في نطاق الإغناء الثانوي مقارنة بالخام الأولي.
  • الشروط: صعود بطيء وتعرية معتدلة تجعل سطح الماء الجوفي ينخفض تدريجيًا، ووجود بيريت كافٍ لإنتاج الحمض.
صورة 2 — قيد الإعداد
وصف الوثيقة

خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector)، تعرض مقطعًا عموديًا في مكمن كبريتيدي تحت سطح أرض بتضاريس خفيفة. من الأعلى إلى الأسفل أربعة نطاقات أفقية بألوان مميزة: نطاق أحمر بني مسمى «القبعة الحديدية: أكاسيد Fe»؛ نطاق أخضر مزرق مسمى «النطاق المؤكسد: مالاكيت، أزوريت»؛ خط أزرق متقطع عرضي مسمى «سطح الماء الجوفي (المستوى التغمازي)»؛ تحته مباشرة نطاق رمادي داكن لامع مسمى «نطاق الإغناء الثانوي: كالكوسيت، كوفيليت»؛ ثم في الأسفل نطاق رمادي فاتح بنقاط صفراء مسمى «النطاق الأولي: بيريت، كالكوبيريت». أسهم زرقاء نازلة من السطح مسماة «ماء الأمطار المؤكسد»، وأسهم بلون أخضر نازلة عبر النطاق المؤكسد مسماة «Cu²⁺ مذاب ينزل». على اليسار سهمان يشيران إلى «وسط مؤكسد» فوق الخط الأزرق و«وسط مختزل» تحته. على اليمين منحنى عمودي بسيط لتركيز Cu يبيّن قيمة ضعيفة في القبعة وذروة في نطاق الإغناء وقيمة متوسطة في النطاق الأولي. خلفية بيضاء، تسميات بخط عربي واضح

4. الرواسب الغرينية المعدنية (placers): التركيز بالفرز الميكانيكي

4.1 أيّ المعادن تتركّز؟

المعادن التي تجمع خاصيتين:

  1. كثافة مرتفعة (المعادن الثقيلة): الذهب (≈ 19)، الكاسيتيريت SnO₂ (≈ 7)، الإلمنيت، الروتيل، الزركون، المونازيت، الماس.
  2. مقاومة كيميائية وميكانيكية: تبقى بعد تغيّر الصخر الأم وبعد النقل.

الكبريتيدات مثلًا كثيفة لكنها تتأكسد، فلا تكوّن رواسب غرينية.

4.2 أين تتركّز؟ منطق كفاءة التيار

  • عندما تنخفض كفاءة التيار (الدرس 143)، تترسب أولًا الحبيبات الأكثر كثافة، بينما تستمر الحبيبات الخفيفة من نفس الحجم في النقل: فيحدث فرز حسب الكثافة.
  • مواضع التركيز في الوسط النهري: الضفة المحدبة للمنعطف (حاجز الضفة المحدبة — الدرس 149)، أسفل الشلالات وخلف العوائق، شقوق قاع المجرى، وخاصة قاعدة الحصى فوق الصخر الأساسي حيث تغوص الحبيبات الثقيلة.
  • في الوسط الساحلي: تفرز الأمواج الرمال فتتركّز المعادن الثقيلة في الرمال السوداء للشواطئ (إلمنيت، روتيل، زركون، مونازيت).

4.3 الرواسب الغرينية المعدنية القديمة

  • قد تُحفظ الرواسب الغرينية في السلاسل الرسوبية القديمة: رواسب غرينية معدنية قديمة (paléoplacers).
  • المثال الكلاسيكي: مدملكات Witwatersrand (جنوب إفريقيا، ≈ 2,9–2,7 مليار سنة) الغنية بالذهب، والتي تحتوي أيضًا حبيبات يورانينيت وبيريت منقولة ومدوّرة — وهي معادن لا تبقى في النقل تحت غلاف جوي مؤكسد، فهي شاهد على ضعف الأكسجين الجوي قبل الأكسدة الكبرى (الدرس 141).
صورة 3 — قيد الإعداد
وصف الوثيقة

خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector)، مقسمة إلى ثلاث لوحات. اللوحة الأولى: منظر علوي لنهر متعرّج بلون أزرق مع نقاط ذهبية متجمعة على الضفة المحدبة للمنعطفات مسماة «تركّز المعادن الثقيلة على الضفة المحدبة»، وأسهم تبيّن التيار الأسرع على الضفة المقعرة. اللوحة الثانية: مقطع عرضي لقاع نهر يظهر صخرًا أساسيًا رماديًا بشقوق، فوقه طبقة حصى بنية، وفي قاعدة الحصى وداخل الشقوق نقاط ذهبية كثيفة مسماة «قاعدة الحصى فوق الصخر الأساسي: أغنى نطاق». اللوحة الثالثة: مقطع شاطئ مع أمواج، ورمال فاتحة تتخللها أشرطة داكنة مسماة «رمال سوداء: إلمنيت، روتيل، زركون». في أسفل الخطاطة شريط يقارن حبيبتين من نفس الحجم: حبيبة ذهب صغيرة ثقيلة تسقط وحبيبة كوارتز تواصل النقل، مع تسمية «نفس الحجم، كثافة مختلفة». خلفية بيضاء، تسميات بخط عربي واضح

5. المكامن الرسوبية الكيميائية: جبهة الأكسدة-الاختزال

5.1 قاعدة سلوك الحديد والمنغنيز

  • في الحالة المختزلة (Fe²⁺، Mn²⁺): ذوّابان في الماء، فيمكن نقلهما لمسافات بعيدة.
  • في الحالة المؤكسدة (Fe³⁺، Mn⁴⁺): غير ذوّابين، فيترسبان على شكل أكاسيد-هيدروكسيدات.

إذن: يترسب الحديد والمنغنيز حيث يلتقي ماء مختزل حامل لهما بوسط مؤكسد: جبهة الأكسدة-الاختزال هي المصيدة.

5.2 أمثلة

  • تكوينات الحديد المشرّط (BIF, fers rubanés): أهم مخزون للحديد في العالم؛ تكوّنت أساسًا في محيطات فقيرة بالأكسجين ذابَ فيها Fe²⁺، وترسب الحديد عند أكسدته. دلالتها في تاريخ الغلاف الجوي درست في الدرس 141 ولا تُعاد هنا.
  • الحديد الأوليتي (fer oolithique): رواسب بحرية ضحلة من العصور اللاحقة، تتكوّن فيها أوليتات من أكاسيد الحديد.
  • المنغنيز: يترسب على حدود الأوساط المختزلة والمؤكسدة؛ وفي قيعان المحيطات العميقة تنمو ببطء شديد العقيدات المتعددة الفلزات (Mn، Fe، Ni، Cu، Co).

6. المحاليل الملحية الحوضية: مكامن الرصاص والزنك

في الأحواض الرسوبية العميقة، تتحول المياه المسامية أثناء الدفن إلى محاليل ملحية ساخنة (≈ 75–200 °C، غنية بالكلور)، تستخلص Pb وZn من الرواسب وتنقلها على شكل معقّدات كلورية. هي إذن سوائل حرمائية غير صهارية (انظر جدول المصادر في الدرس 190).

المعيار نوع SEDEX (رسوبي-زفيري) نوع MVT (وادي المسيسيبي)
السياق حوض انهدامي نشط تنشطه فوالق معاصرة للترسب حواف الأحواض والمنصات الكربوناتية (أحيانًا أحواض مقدمة السلاسل)
مكان الترسيب على قاع حوض مختزل، حيث تخرج المحاليل عبر الفوالق داخل صخور كربوناتية (حجر جيري، دولوميت): فجوات انحلال، كارست، مسامات
سبب الترسيب الاختلاط بمياه قاع مختزلة غنية بـ H₂S لقاء المحلول بـ H₂S (اختزال الكبريتات أو المادة العضوية) + معادلة الحموضة بالكربونات
العلاقة الزمنية متزامن التكوّن (طبقي) لاحق التكوّن
العلاقة بالصهارة لا علاقة مباشرة لا علاقة

المبدأ المفسِّر: نفس الوسيط (محلول ملحي حوضي) ونفس الفلزات، لكن موقع المصيدة هو الذي يحدّد النوع: خروج المحلول إلى قاع الحوض ← SEDEX متزامن؛ ترسيبه داخل صخر كربوناتي موجود ← MVT لاحق.

صورة 4 — قيد الإعداد
وصف الوثيقة

خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector)، تعرض مقطعًا جيولوجيًا عرضيًا لحوض رسوبي. على اليسار حوض عميق بطبقات رسوبية سميكة رمادية وبنية، وفي عمقه أسهم حمراء تمثل «محاليل ملحية ساخنة تُطرد أثناء الدفن: Pb وZn على شكل معقّدات كلورية». فالق عادي على حافة الحوض يصعد عبره سهم أحمر نحو قاع الحوض حيث عدسة طبقية رمادية داكنة مسماة «SEDEX: ترسيب على قاع مختزل (متزامن)». على اليمين منصة كربوناتية زرقاء فاتحة ترتفع نحو حافة الحوض، تهاجر إليها أسهم حمراء أفقيًا عبر طبقة نفاذة، وتنتهي في فجوات وتجاويف داخل الدولوميت مملوءة ببلورات رمادية وبنية مسماة «MVT: غالينا وسفاليريت في فجوات الكربونات (لاحق)»، مع رمز H₂S بجانبها مسمى «مصدر الكبريت المختزل». خلفية بيضاء، تسميات بخط عربي واضح، دقة علمية

7. خلاصة جيوديناميكية: المكامن الفلزية وتكتونية الصفائح

7.1 كل سياق يعطي مكامنه

المبدأ المفسِّر: السياق الجيوديناميكي يحدّد نوع الصهارة ومصدر السوائل ودرجة الحرارة وطبيعة الصخور والتضاريس، أي كل حلقات السلسلة. لذلك نوع المكمن مؤشر على السياق الذي تكوّن فيه.

السياق المكامن النموذجية الحلقة الحاسمة
الذروات المحيطية / أحواض ما وراء القوس VMS، كروميت أوفيوليتي ماء بحر يدور فوق غرفة صهارية
أقواس الطمر بورفير نحاسي، سكارن، فوق-حراري ماء صهاري لصهارة كلسية-قلوية غنية بالماء
مناطق الاصطدام والسلاسل الجبلية عروق ذهبية تحولية، Sn-W وبيغماتيت مرتبطة بالكرانيتات سوائل تحولية، صهارة قشرية (الدرس 169)
الحفر الانهدامية والأحواض الرسوبية SEDEX، MVT محاليل ملحية حوضية
الوسط داخل الصفيحة مندسات قاعدية طبقية (Cr، Ni-Cu-PGE) صهارة قاعدية كثيفة الحجم
السطح (أي سياق، حسب المناخ والتضاريس) رواسب غرينية، بوكسيت، لاتيريت نيكلي، إغناء فوق-جيني التغيّر الصخري والتعرية

7.2 الإرث: لماذا نجد مكامن محيطية في سلسلة جبلية؟

  • مكامن قاع المحيط (VMS، كروميت) تُحمل مع الأوفيوليتات إلى السلاسل الجبلية أثناء الاصطدام.
  • والسلسلة الجبلية المتآكلة تكشف مكامنها العميقة (بورفير، عروق) فتصبح بدورها مصدرًا لرواسب غرينية أو لإغناء فوق-جيني.
  • فمكامن منطقة ما تسجّل تاريخها الجيوديناميكي (الدرس 178).
صورة 5 — قيد الإعداد
وصف الوثيقة

خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector) بألوان هادئة متباينة، تعرض مقطعًا شاملًا لليثوسفير من اليسار إلى اليمين: ذروة محيطية مع مدخنة سوداء مسماة «VMS، كروميت»؛ ثم محيط؛ ثم منطقة طمر تغوص فيها صفيحة محيطية تحت قارة، مع قوس بركاني مسمى «بورفير نحاسي، سكارن، فوق-حراري»؛ ثم وسط القارة سلسلة جبلية اصطدامية بكرانيت مسماة «عروق ذهبية تحولية، Sn-W، بيغماتيت»؛ ثم حوض رسوبي انهدامي مسمى «SEDEX، MVT»؛ وعلى أقصى اليمين مندسة قاعدية طبقية داخل القارة مسماة «Cr، Ni-Cu-PGE». على سطح القارة رموز صغيرة: نهر متعرّج مسمى «رواسب غرينية معدنية» وغطاء تغيّر أحمر مسمى «بوكسيت، لاتيريت». كل نوع مكمن بأيقونة ملوّنة صغيرة مع خط يربطه بموقعه. خلفية بيضاء، تسميات بخط عربي واضح، تبسيط علمي دقيق

7.3 أمثلة من المغرب

الأمثلة التالية تطبيقات للنماذج السابقة؛ الإطار الجيولوجي لكل منطقة مدروس في محور جيولوجيا المغرب (الدروس 179–189).

المثال الموقع الفلزات النموذج المرتبط
بوعزار (Bou Azzer) الأطلس الصغير الكوبالت (مع Ni وAs) تمعدن حرمائي مرتبط بسربنتينيت أوفيوليت بوعزار (البروتيروزوي الأعلى)
إميضر (Imiter) الأطلس الصغير (جبل صاغرو) الفضة عروق حرمائية من طراز فوق-حراري (البروتيروزوي الأعلى)
الحجر (Hajjar) منطقة كماسة، جنوب غرب مراكش Zn، Pb، Cu كبريتيدات كتلية في سلسلة بركانية-رسوبية هرسينية
تويسيت–بوبكر (Touissit–Bou Beker) الجهة الشرقية Pb، Zn تمعدن في كربونات جوراسية من نوع MVT
أويكسان (Ouixane) منطقة الناظور Fe حديد من نوع السكارن مرتبط بمندسات ميوسينية

8. أخطاء شائعة وفخاخ المباراة

الخطأ التصويب
الاعتقاد بأن المكمن المتبقي يُضاف إليه الفلز يتركّز الفلز نسبيًا بإزالة العناصر الأخرى
البحث عن النحاس في القبعة الحديدية القبعة فقيرة بالنحاس؛ النحاس انتقل إلى نطاق الإغناء تحت سطح الماء الجوفي
وضع نطاق الإغناء الثانوي فوق سطح الماء الجوفي يوجد تحته مباشرة، في الوسط المختزل
اعتبار كل معدن كثيف قابلًا لتكوين رواسب غرينية يجب أن يكون مقاومًا كيميائيًا أيضًا (الكبريتيدات تتأكسد)
الاعتقاد بأن الرواسب الغرينية تتركّز حيث التيار أقوى تتركّز حيث تنخفض الكفاءة موضعيًا: الضفة المحدبة، قاعدة الحصى، خلف العوائق
اعتبار الحديد المؤكسد متحركًا Fe³⁺ غير ذوّاب؛ الحديد يُنقل مختزلًا ويترسب عند الأكسدة
ربط مكامن Pb-Zn الحوضية بالصهارة الوسيط محلول ملحي حوضي، دون علاقة مباشرة بالصهارة
الخلط بين SEDEX وMVT SEDEX متزامن على قاع الحوض؛ MVT لاحق داخل الكربونات
إدراج الفوسفاط ضمن المكامن الفلزية الفوسفاط مورد معدني غير فلزي

9. معجم المصطلحات

الفرنسية العربية
Gisement exogène / endogène مكمن ذو أصل خارجي / داخلي
Concentration résiduelle التركيز بالإقصاء (التركيز المتبقي)
Bauxite / Latérite nickélifère البوكسيت / اللاتيريت النيكلي
Saprolite / Garniérite الصخر المتحلل / الغارنييريت
Enrichissement supergène الإغناء فوق-الجيني
Chapeau de fer (gossan) القبعة الحديدية
Zone de cémentation نطاق الإغناء الثانوي
Zone primaire (hypogène) النطاق الأولي
Niveau piézométrique المستوى التغمازي (سطح الماء الجوفي)
Placer / Paléoplacer رواسب غرينية معدنية / رواسب غرينية معدنية قديمة
Minéraux lourds / Sables noirs المعادن الثقيلة / الرمال السوداء
Cassitérite الكاسيتيريت
Front d'oxydo-réduction جبهة الأكسدة-الاختزال
Fers rubanés (BIF) تكوينات الحديد المشرّط
Fer oolithique الحديد الأوليتي
Nodules polymétalliques العقيدات المتعددة الفلزات
Saumures de bassin محاليل ملحية حوضية
Gisement SEDEX مكمن رسوبي-زفيري (SEDEX)
Gisement de type Mississippi Valley (MVT) مكمن من نوع وادي المسيسيبي (MVT)

10. خلاصة

  • العمليات السطحية تُركّز الفلزات بأربع آليات: الإقصاء، الإغناء فوق-الجيني، الفرز الميكانيكي، الترسيب الكيميائي.
  • البوكسيت واللاتيريت النيكلي: تركيز بالإقصاء أثناء تغيّر استوائي شديد (الألّيتية)؛ المكمن مؤشر مناخي.
  • الإغناء فوق-الجيني: النحاس يُذاب في الوسط المؤكسد فوق سطح الماء الجوفي ويترسب تحته في الوسط المختزل؛ تبقى على السطح قبعة حديدية فقيرة بالنحاس لكنها دليل استكشاف.
  • الرواسب الغرينية المعدنية: معادن كثيفة ومقاومة تترسب حيث تنخفض كفاءة التيار موضعيًا؛ الرواسب القديمة منها قد تكون شاهدًا على الغلاف الجوي القديم.
  • الحديد والمنغنيز: يُنقلان مختزلين ويترسبان عند جبهة الأكسدة-الاختزال.
  • مكامن Pb-Zn الحوضية: محاليل ملحية غير صهارية؛ SEDEX متزامن على قاع الحوض، MVT لاحق في الكربونات.
  • نوع المكمن مؤشر على سياقه الجيوديناميكي، والمكامن المحيطية تُحفظ في السلاسل الجبلية عبر الأوفيوليتات.

الدرس الموالي

الدرس 192 — الموارد الطاقية (1): نشأة الفحم. ننتقل من الفلزات إلى الموارد الطاقية ذات الأصل العضوي. تبقى نفس الأسئلة مطروحة (المصدر، ظروف التراكم، التحول، الحفظ)، لكن المصدر يصبح المادة العضوية النباتية، والتحول هو التفحّم المرتبط بالدفن.

Ressources minérales (2) : gisements d'origine exogène et contextes géodynamiques des gisements métallifères

Objectifs de la leçon

À la fin de cette leçon, vous devez être capable de :

  • identifier les quatre mécanismes par lesquels les processus de surface concentrent les métaux : élimination, tri mécanique, précipitation chimique et redistribution supergène ;
  • expliquer la formation des gisements résiduels (bauxite, latérite nickélifère) par le comportement différentiel des éléments au cours de l'altération ;
  • décrire le profil d'enrichissement supergène d'un gisement sulfuré, en expliquer les zones et utiliser le chapeau de fer comme guide d'exploration ;
  • expliquer la formation des placers par la densité, la résistance chimique et la baisse de compétence du courant, et en localiser les sites en milieu fluviatile et littoral ;
  • expliquer les gisements sédimentaires chimiques de fer et de manganèse par le front d'oxydo-réduction ;
  • expliquer le rôle des saumures de bassin dans la formation des gisements Pb-Zn (types SEDEX et MVT) ;
  • relier les différents types de gisements métallifères à leurs contextes dans le cadre de la tectonique des plaques, et reconnaître des exemples marocains.

1. Le principe : comment les processus de surface concentrent-ils les métaux ?

Les gisements d'origine exogène se forment par les mécanismes du cycle des roches sédimentaires : altération, érosion, transport, sédimentation (leçons 142–146). La chaîne de la leçon 190 (source → transport → piège → préservation) s'y applique, mais l'agent est ici l'eau de surface ou les courants de transport, et la source est souvent une roche ou un gisement ancien soumis à l'altération.

Il existe quatre mécanismes de concentration :

Mécanisme Logique Type de gisement
Concentration résiduelle (élimination) Les éléments mobiles sont lessivés et exportés, l'élément immobile se concentre relativement sur place Bauxite, latérite nickélifère
Enrichissement supergène Le métal est dissous en haut et reprécipité plus bas, au-dessus d'un gisement existant Zone de cémentation des sulfures
Tri mécanique (hydraulique) Les minéraux denses et résistants sont abandonnés là où la compétence du courant baisse Placers
Précipitation chimique Le métal dissous précipite lors d'un changement des conditions du milieu (oxydation, pH) Fers rubanés, manganèse, gisements Pb-Zn de bassin

2. Les gisements résiduels : la concentration par élimination

2.1 La bauxite, minerai d'aluminium

  • Mécanisme : sous climat chaud et humide avec un bon drainage, l'hydrolyse atteint son degré maximal (allitisation — leçon 142) : la silice et les cations basiques (Na, K, Ca, Mg) sont lessivés, alors que l'aluminium reste sur place sous forme d'hydroxydes (gibbsite…).
  • Résultat : une altérite riche en Al₂O₃, la bauxite.
  • Conditions : climat tropical, roche mère riche en aluminium, relief permettant le drainage sans érosion rapide, et longue durée.

2.2 La latérite nickélifère

  • Source : roches ultrabasiques (péridotites, serpentinites — souvent ophiolitiques) dont l'olivine contient ≈ 0,2–0,3 % Ni.
  • Mécanisme : au cours de l'altération tropicale, l'olivine est hydrolysée, le magnésium et la silice sont lessivés ; le fer se concentre en haut sous forme d'oxy-hydroxydes (latérite), tandis que le nickel est en partie dissous en haut puis reprécipité plus bas, dans la saprolite, sous forme de silicates hydratés nickélifères (garniérite).
  • Résultat : des teneurs de ≈ 1–3 % Ni, soit un enrichissement d'un facteur ≈ 5 à 10 par rapport à la roche mère. (Exemple mondial : Nouvelle-Calédonie.)
Image 1 — en préparation
Description

Schéma scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, traits nets, présentant deux profils verticaux côte à côte d'altérites tropicales sur roche mère. Le profil de gauche est intitulé « Bauxite sur roche riche en aluminium » : de bas en haut, une roche mère grise, puis une zone de saprolite claire, puis une épaisse zone rouge orangé légendée « Bauxite : Al₂O₃ concentré », avec des flèches bleues descendantes sur le côté légendées « Lessivage de SiO₂, Na, K, Ca, Mg ». Le profil de droite est intitulé « Latérite nickélifère sur péridotite » : de bas en haut, une péridotite vert sombre, puis une zone de saprolite vert clair parcourue de veines vert vif légendées « Garniérite : reprécipitation de Ni », puis une zone rouge sombre au sommet légendée « Latérite ferrugineuse : Fe concentré », et une flèche courbe du haut vers le bas légendée « Ni dissous en haut, reprécipité en bas ». En haut du schéma, un soleil et une pluie symboliques légendés « Climat chaud et humide ». Fond blanc, annotations en français, exactitude scientifique

3. L'enrichissement supergène des gisements sulfurés

Lorsqu'un gisement sulfuré primaire (par exemple un porphyre cuprifère — leçon 190) est amené près de la surface par l'érosion, l'eau souterraine redistribue ses métaux par rapport au niveau piézométrique (surface de la nappe).

3.1 Les zones de haut en bas

Zone Position Processus Minéraux caractéristiques
Chapeau de fer (gossan) Surface Oxydation des sulfures → l'acide sulfurique dissout Cu ; le fer immobile reste Oxy-hydroxydes de fer (limonite, goethite)
Zone oxydée Au-dessus du niveau piézométrique Précipitation partielle du cuivre en milieu oxydant Carbonates de cuivre (malachite, azurite), oxydes
Zone de cémentation Juste sous le niveau piézométrique Milieu réducteur : le cuivre dissous descendant remplace les sulfures primaires et précipite Sulfures secondaires riches en cuivre (chalcocite, covellite)
Zone primaire (hypogène) En profondeur Non affectée Sulfures primaires (pyrite, chalcopyrite)

3.2 Logique du mécanisme

  • Le niveau piézométrique sépare un milieu oxydant (au-dessus) d'un milieu réducteur (au-dessous). Le cuivre est mobile en milieu oxydant acide et précipite en atteignant le milieu réducteur.
  • Résultat : le cuivre réparti dans toute une colonne se concentre dans une zone étroite, et la teneur peut être multipliée dans la zone de cémentation par rapport au minerai primaire.
  • Conditions : soulèvement lent et érosion modérée faisant descendre progressivement le niveau piézométrique, et pyrite suffisante pour produire l'acide.
Image 2 — en préparation
Description

Schéma scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, présentant une coupe verticale d'un gisement sulfuré sous une surface topographique légèrement ondulée. De haut en bas, quatre zones horizontales de couleurs distinctes : une zone rouge-brun légendée « Chapeau de fer : oxydes de Fe » ; une zone vert bleuté légendée « Zone oxydée : malachite, azurite » ; une ligne bleue tiretée horizontale légendée « Niveau piézométrique (surface de la nappe) » ; juste en dessous une zone gris sombre brillant légendée « Zone de cémentation : chalcocite, covellite » ; puis en bas une zone gris clair ponctuée de jaune légendée « Zone primaire : pyrite, chalcopyrite ». Des flèches bleues descendant de la surface légendées « Eau de pluie oxydante », et des flèches vertes descendant à travers la zone oxydée légendées « Cu²⁺ dissous descendant ». À gauche, deux flèches indiquent « Milieu oxydant » au-dessus de la ligne bleue et « Milieu réducteur » en dessous. À droite, une courbe verticale simple de la teneur en Cu montrant une valeur faible dans le chapeau, un pic dans la zone de cémentation et une valeur moyenne dans la zone primaire. Fond blanc, annotations en français

4. Les placers : la concentration par tri mécanique

4.1 Quels minéraux se concentrent ?

Les minéraux qui réunissent deux propriétés :

  1. Une densité élevée (minéraux lourds) : or (≈ 19), cassitérite SnO₂ (≈ 7), ilménite, rutile, zircon, monazite, diamant.
  2. Une résistance chimique et mécanique : ils subsistent après l'altération de la roche mère et après le transport.

Les sulfures, par exemple, sont denses mais s'oxydent : ils ne forment pas de placers.

4.2 Où se concentrent-ils ? La logique de la compétence du courant

  • Lorsque la compétence du courant baisse (leçon 143), les grains les plus denses se déposent en premier, tandis que les grains légers de même taille continuent d'être transportés : il se produit un tri par densité.
  • Sites de concentration en milieu fluviatile : rive convexe des méandres (barre de méandre — leçon 149), pied des chutes et abri des obstacles, fissures du lit, et surtout base des graviers sur le substratum rocheux, où les grains lourds s'enfoncent.
  • En milieu littoral : les vagues trient les sables et les minéraux lourds se concentrent dans les sables noirs des plages (ilménite, rutile, zircon, monazite).

4.3 Les paléoplacers

  • Les placers peuvent être conservés dans les séries sédimentaires anciennes : ce sont des paléoplacers.
  • Exemple classique : les conglomérats du Witwatersrand (Afrique du Sud, ≈ 2,9–2,7 Ga), riches en or, qui contiennent aussi des grains d'uraninite et de pyrite transportés et arrondis — minéraux qui ne survivent pas au transport sous une atmosphère oxydante : ils témoignent d'une faible teneur en oxygène atmosphérique avant la Grande Oxydation (leçon 141).
Image 3 — en préparation
Description

Schéma scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, divisé en trois panneaux. Panneau 1 : vue en plan d'une rivière à méandres bleue avec des points dorés concentrés sur la rive convexe des méandres, légende « Concentration des minéraux lourds sur la rive convexe », et des flèches indiquant le courant plus rapide sur la rive concave. Panneau 2 : coupe transversale d'un lit fluviatile montrant un substratum rocheux gris fissuré, surmonté d'une couche de graviers bruns, avec à la base des graviers et dans les fissures des points dorés denses légendés « Base des graviers sur le substratum : niveau le plus riche ». Panneau 3 : coupe d'une plage avec des vagues, des sables clairs parcourus de bandes sombres légendées « Sables noirs : ilménite, rutile, zircon ». En bas du schéma, une bande comparant deux grains de même taille : un petit grain d'or lourd qui tombe et un grain de quartz qui continue d'être transporté, légende « Même taille, densité différente ». Fond blanc, annotations en français

5. Les gisements sédimentaires chimiques : le front d'oxydo-réduction

5.1 Règle de comportement du fer et du manganèse

  • À l'état réduit (Fe²⁺, Mn²⁺) : solubles dans l'eau, donc transportables sur de longues distances.
  • À l'état oxydé (Fe³⁺, Mn⁴⁺) : insolubles, ils précipitent sous forme d'oxy-hydroxydes.

Donc : le fer et le manganèse précipitent là où une eau réductrice qui les transporte rencontre un milieu oxydant : le front d'oxydo-réduction est le piège.

5.2 Exemples

  • Formations de fer rubané (BIF) : principale réserve mondiale de fer ; elles se sont formées essentiellement dans des océans pauvres en oxygène où Fe²⁺ était dissous, le fer précipitant lors de son oxydation. Leur signification dans l'histoire de l'atmosphère a été étudiée dans la leçon 141 et n'est pas reprise ici.
  • Fer oolithique : dépôts marins peu profonds d'époques plus récentes, où se forment des oolithes d'oxydes de fer.
  • Manganèse : il précipite à la limite des milieux réducteurs et oxydants ; sur les fonds océaniques profonds croissent très lentement des nodules polymétalliques (Mn, Fe, Ni, Cu, Co).

6. Les saumures de bassin : gisements de plomb et de zinc

Dans les bassins sédimentaires profonds, les eaux porales se transforment au cours de l'enfouissement en saumures chaudes (≈ 75–200 °C, riches en chlore), qui lessivent Pb et Zn des sédiments et les transportent sous forme de complexes chlorurés. Ce sont donc des fluides hydrothermaux non magmatiques (voir le tableau des origines dans la leçon 190).

Critère Type SEDEX (sédimentaire-exhalatif) Type MVT (Mississippi Valley)
Contexte Bassin de rift actif animé par des failles synsédimentaires Bordures de bassins et plates-formes carbonatées (parfois bassins d'avant-pays)
Lieu du dépôt Sur le fond d'un bassin réducteur, où les saumures sortent par les failles Dans des roches carbonatées (calcaire, dolomie) : cavités de dissolution, karst, pores
Cause du dépôt Mélange avec des eaux de fond réductrices riches en H₂S Rencontre avec H₂S (réduction des sulfates ou de la matière organique) + neutralisation de l'acidité par les carbonates
Relation temporelle Syngénétique (stratiforme) Épigénétique
Lien avec le magmatisme Pas de lien direct Aucun

Principe explicatif : même agent (saumure de bassin) et mêmes métaux, mais c'est la position du piège qui détermine le type : sortie de la saumure sur le fond du bassin → SEDEX syngénétique ; dépôt à l'intérieur d'une roche carbonatée préexistante → MVT épigénétique.

Image 4 — en préparation
Description

Schéma scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, présentant une coupe géologique transversale d'un bassin sédimentaire. À gauche, un bassin profond aux épaisses couches sédimentaires grises et brunes, avec en profondeur des flèches rouges figurant des « Saumures chaudes expulsées pendant l'enfouissement : Pb et Zn en complexes chlorurés ». Une faille normale en bordure de bassin, le long de laquelle une flèche rouge remonte jusqu'au fond du bassin où se trouve une lentille stratiforme gris sombre légendée « SEDEX : dépôt sur un fond réducteur (syngénétique) ». À droite, une plate-forme carbonatée bleu clair qui s'élève vers la bordure du bassin, vers laquelle migrent latéralement des flèches rouges à travers une couche perméable, aboutissant à des cavités et vides dans la dolomie remplis de cristaux gris et bruns légendés « MVT : galène et sphalérite dans les cavités des carbonates (épigénétique) », avec à côté le symbole H₂S légendé « Source de soufre réduit ». Fond blanc, annotations en français, exactitude scientifique

7. Synthèse géodynamique : gisements métallifères et tectonique des plaques

7.1 Chaque contexte donne ses gisements

Principe explicatif : le contexte géodynamique détermine le type de magma, l'origine des fluides, la température, la nature des roches et le relief, c'est-à-dire tous les maillons de la chaîne. Le type de gisement est donc un indicateur du contexte dans lequel il s'est formé.

Contexte Gisements typiques Maillon décisif
Dorsales océaniques / bassins d'arrière-arc VMS, chromite ophiolitique Eau de mer circulant au-dessus d'une chambre magmatique
Arcs de subduction Porphyres cuprifères, skarns, épithermaux Eau magmatique d'un magma calco-alcalin riche en eau
Zones de collision et chaînes de montagnes Filons aurifères métamorphiques, Sn-W et pegmatites liés aux granites Fluides métamorphiques, magmas crustaux (leçon 169)
Rifts et bassins sédimentaires SEDEX, MVT Saumures de bassin
Domaine intraplaque Intrusions basiques litées (Cr, Ni-Cu-PGE) Magma basique volumineux
Surface (tout contexte, selon climat et relief) Placers, bauxite, latérite nickélifère, enrichissement supergène Altération et érosion

7.2 L'héritage : pourquoi trouve-t-on des gisements océaniques dans une chaîne de montagnes ?

  • Les gisements du fond océanique (VMS, chromite) sont incorporés aux chaînes de montagnes avec les ophiolites lors de la collision.
  • La chaîne érodée expose ses gisements profonds (porphyres, filons), qui deviennent à leur tour la source de placers ou d'un enrichissement supergène.
  • Les gisements d'une région enregistrent donc son histoire géodynamique (leçon 178).
Image 5 — en préparation
Description

Schéma scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, couleurs sobres et contrastées, présentant une coupe synthétique de la lithosphère de gauche à droite : une dorsale océanique avec un fumeur noir légendée « VMS, chromite » ; puis un océan ; puis une zone de subduction où une plaque océanique plonge sous un continent, avec un arc volcanique légendé « Porphyre cuprifère, skarn, épithermal » ; puis, au centre du continent, une chaîne de collision avec un granite légendée « Filons aurifères métamorphiques, Sn-W, pegmatites » ; puis un bassin sédimentaire de rift légendé « SEDEX, MVT » ; et à l'extrême droite une intrusion basique litée intracontinentale légendée « Cr, Ni-Cu-PGE ». À la surface du continent, de petits symboles : une rivière à méandres légendée « Placers » et une altérite rouge légendée « Bauxite, latérite ». Chaque type de gisement est représenté par une petite icône colorée reliée par un trait à sa position. Fond blanc, annotations en français, simplification scientifiquement exacte

7.3 Exemples marocains

Ces exemples sont des applications des modèles précédents ; le cadre géologique de chaque région est étudié dans l'axe Géologie du Maroc (leçons 179–189).

Exemple Localisation Métaux Modèle associé
Bou Azzer Anti-Atlas Cobalt (avec Ni et As) Minéralisation hydrothermale liée aux serpentinites de l'ophiolite de Bou Azzer (Néoprotérozoïque)
Imiter Anti-Atlas (Jbel Saghro) Argent Filons hydrothermaux de style épithermal (Néoprotérozoïque)
Hajjar Guemassa, sud-ouest de Marrakech Zn, Pb, Cu Sulfures massifs dans une série volcano-sédimentaire hercynienne
Touissit–Bou Beker Oriental Pb, Zn Minéralisation dans des carbonates jurassiques de type MVT
Ouixane Région de Nador Fe Fer de type skarn lié à des intrusions miocènes

8. Erreurs fréquentes et pièges du concours

Erreur Correction
Croire qu'un gisement résiduel reçoit un apport de métal Le métal se concentre relativement par élimination des autres éléments
Chercher le cuivre dans le chapeau de fer Le chapeau est pauvre en cuivre ; le cuivre a migré dans la zone de cémentation sous le niveau piézométrique
Placer la zone de cémentation au-dessus du niveau piézométrique Elle se trouve juste en dessous, en milieu réducteur
Croire que tout minéral dense peut former un placer Il doit aussi être chimiquement résistant (les sulfures s'oxydent)
Croire que les placers se concentrent là où le courant est le plus fort Ils se concentrent là où la compétence baisse localement : rive convexe, base des graviers, abri des obstacles
Considérer le fer oxydé comme mobile Fe³⁺ est insoluble ; le fer est transporté réduit et précipite à l'oxydation
Relier les gisements Pb-Zn de bassin au magmatisme L'agent est une saumure de bassin, sans lien direct avec le magma
Confondre SEDEX et MVT SEDEX : syngénétique sur le fond du bassin ; MVT : épigénétique dans les carbonates
Classer les phosphates parmi les gisements métallifères Les phosphates sont une ressource minérale non métallique

9. Glossaire

Français Arabe
Gisement exogène / endogène مكمن ذو أصل خارجي / داخلي
Concentration résiduelle التركيز بالإقصاء (التركيز المتبقي)
Bauxite / Latérite nickélifère البوكسيت / اللاتيريت النيكلي
Saprolite / Garniérite الصخر المتحلل / الغارنييريت
Enrichissement supergène الإغناء فوق-الجيني
Chapeau de fer (gossan) القبعة الحديدية
Zone de cémentation نطاق الإغناء الثانوي
Zone primaire (hypogène) النطاق الأولي
Niveau piézométrique المستوى التغمازي (سطح الماء الجوفي)
Placer / Paléoplacer رواسب غرينية معدنية / رواسب غرينية معدنية قديمة
Minéraux lourds / Sables noirs المعادن الثقيلة / الرمال السوداء
Cassitérite الكاسيتيريت
Front d'oxydo-réduction جبهة الأكسدة-الاختزال
Fers rubanés (BIF) تكوينات الحديد المشرّط
Fer oolithique الحديد الأوليتي
Nodules polymétalliques العقيدات المتعددة الفلزات
Saumures de bassin محاليل ملحية حوضية
Gisement SEDEX مكمن رسوبي-زفيري (SEDEX)
Gisement de type Mississippi Valley (MVT) مكمن من نوع وادي المسيسيبي (MVT)

10. Bilan

  • Les processus de surface concentrent les métaux par quatre mécanismes : élimination, enrichissement supergène, tri mécanique, précipitation chimique.
  • Bauxite et latérite nickélifère : concentration résiduelle au cours d'une altération tropicale intense (allitisation) ; le gisement est un indicateur climatique.
  • Enrichissement supergène : le cuivre est dissous en milieu oxydant au-dessus du niveau piézométrique et précipite en dessous en milieu réducteur ; en surface subsiste un chapeau de fer pauvre en cuivre mais guide d'exploration.
  • Placers : minéraux denses et résistants déposés là où la compétence du courant baisse localement ; les paléoplacers peuvent témoigner de l'atmosphère ancienne.
  • Fer et manganèse : transportés à l'état réduit, ils précipitent au front d'oxydo-réduction.
  • Gisements Pb-Zn de bassin : saumures non magmatiques ; SEDEX syngénétique sur le fond du bassin, MVT épigénétique dans les carbonates.
  • Le type de gisement est un indicateur de son contexte géodynamique, et les gisements océaniques sont conservés dans les chaînes de montagnes grâce aux ophiolites.

Leçon suivante

Leçon 192 — Ressources énergétiques (1) : genèse du charbon. On passe des métaux aux ressources énergétiques d'origine organique. Les mêmes questions restent posées (source, conditions d'accumulation, transformation, préservation), mais la source devient la matière organique végétale, et la transformation est la carbonification liée à l'enfouissement.