Giant hydrothermal ore deposits form where fluids carrying massive amounts of metals scavenged from source rocks or magmas encounter conditions favorable for their localized deposition. However, in most cases, the ultimate origin of metals remains highly disputed. Here, we show for the first time that two metal sources have provided, in comparable amounts, the 8 Mt of lead of the giant McArthur River zinc-lead deposit (McArthur Basin, Northern Territory, Australia). By using high-resolution secondary ion mass spectrometry (SIMS) analysis of lead isotopes in galena, we demonstrate that the two metal sources were repeatedly involved in the metal deposition in the different ore lenses ca. 1640 Ma. Modeling of lead isotope fractionation between mantle and crustal reservoirs implicates felsic rocks of the crystalline basement and the derived sedimentary rocks in the basin as the main lead sources that were leached by the ore-forming fluids. This sheds light on the crucial importance of metal tracing as a prerequisite to constrain large-scale ore-forming systems, and calls for a paradigm shift in the way hydrothermal systems form giant ore deposits: leaching of metals from several sources may be key in accounting for their huge metal tonnage.

The Ranger deposit (Northern Territory, Australia) is one of the largest uranium deposits in the world. Uranium mineralisation occurs in crystalline basement rocks and is thought to belong to the unconformity-related category. In order to address the sources of magnesium and boron, and the temperature of the fluids related to boron and magnesium metasomatism that occurred shortly before and during the main uranium stage, in situ analyses of chlorite and tourmaline were carried out. The chemical composition of tourmaline shows an elevated X-site vacancy and a low Fe_tot/(Fe_tot + Mg) ratio typical of Mg-foitite. Uranium-related chlorite has relatively low Fe content (0.28–0.83 apfu) and high Mg content (3.08–3.84 apfu), with Si/Al = 1.08−1.22 and Mg/(Mg + Fe_tot) = 0.80−0.93 indicating a composition lying between the clinochlore and Mg-amesite fields. Chlorite composition indicates crystallisation temperature of 101–163 °C. The boron isotopic composition of tourmaline shows a range of δ¹¹B values of ~1–9‰. A model is proposed involving two boron sources that contribute to a mixed isotopic signature: (i) evaporated seawater, which is typically enriched in magnesium and boron (δ¹¹B ~ 40‰), and (ii) boron from the crystalline basement (δ¹¹B ~ −30 to +10‰), which appears to be the dominant source. Collectively, the data indicate similar tourmaline chemistry but significant differences of tourmaline boron isotopic composition and chlorite chemistry between the Ranger deposit and some of the Canadian unconformity-related uranium deposits. However, lithogeochemical exploration approaches based on identification of boron- and magnesium-enriched zones may be usefully applied to uranium exploration in the Northern Territory.

Dynamique du système diagénétique/hydrothermal du bassin de McArthur (Australie) : nature des fluides, datations et contraintes sur la distribution des ressources métalliques (U, Cu, Pb-Zn): Le bassin sédimentaire de McArthur (Northern Territory et Queensland, Australie) est associé à de nombreuses minéralisations diagénétiques/hydrothermales en uranium, cuivre, plomb et zinc dont certains gisements de classe mondiale (ex : Ranger et HYC). Certains gisements correspondent à des types de minéralisation bien définis (ex : uranium de type discordance, plomb-zinc de type Sediment-Hosted Massive Sulphide « SHMS »), d’autres ne sont pas reliés à un type précis. Un épisode minéralisateur majeur vers 1650-1600 Ma est reconnu dans les gisements d’uranium au nord (Alligator Rivers Uranium Field – ARUF) et au sud (Westmoreland) du bassin et en plomb-zinc dans le centre (Batten Fault Zone) et a participé au stock métallifère exceptionnel du bassin. De plus, s’il n’est pas établi que les fluides responsables des minéralisations en uranium et plomb-zinc sont de même origine, leurs caractéristiques en termes de température et salinité sont similaires. Cette thèse propose de s’intéresser aux principaux facteurs contrôlant la distribution des ressources métalliques à grande échelle dans ce bassin sédimentaire intracratonique, en étudiant les minéralisations avec une approche essentiellement géochronologique et géochimique et en caractérisant les fluides associés afin de définir leur âge, leur température et certaines de leurs conditions de mise en place. En plus de l’épisode majeur vers 1650-1600 Ma, l’histoire métallogénique du bassin montre de nombreuses autres évidences de cristallisation ou de remobilisation du stock de métaux. Certains épisodes de circulation des fluides sont à relier à des grands évènements géodynamiques, comme des inversions du bassin ou des orogenèses situées à des centaines de kilomètres de la zone d’étude. Il semble que les migrations à grande échelle des fluides minéralisateurs (horizontale dans les grands aquifères gréseux, et verticale dans les zones de failles majeures) ont permis la mobilisation des métaux dans différents réservoirs du bassin et du socle et leur précipitation sélective dans des zones favorables.