Logan Medallist 5. Geophysics and Geology: An Essential Combination Illustrated by LITHOPROBE Interpretations–Part 2, Exploration Examples

Abstract

Lithoprobe (1984–2005), Canada’s national, collaborative, multidisciplinary, Earth Science research project, investigated the structure and evolution of the Canadian landmass and its margins. It was a highly successful project that redefined the nature of Earth science research in Canada. One of many contributions deriving from the project was the demonstration by example that Earth scientists from geophysics and geology, including all applicable sub-disciplines within these general study areas, must work together to achieve thorough and comprehensive interpretations of all available data sets. In Part 1, this statement was exemplified through studies involving lithospheric structures. In Part 2, it is exemplified by summarizing interpretations from six exploration-related studies derived from journal publications. In the first example, subsurface structures associated with the Guichon Creek batholith in south-central British Columbia, which hosts porphyry copper and molybdenum deposits, are better defined and related to different geological phases of the batholith. Reprocessed seismic reflection data and 2.5-D and 3-D inversions of magnetic and gravity data are combined with detailed geological mapping and drillhole information to generate the revised and improved subsurface interpretation. Research around the Bell Allard volcanogenic massive sulphide deposit in the Matagami region of northern Quebec provides the second example. A seismic reflection line over the deposit shortly after it was discovered by drilling, aided by core and geophysical logs, was acquired to test whether the deposit could be imaged. Direct detection of the ore body from the seismic section would be difficult if its location were not already known; however, structural characteristics that can be tied to lithologies from boreholes and logs were well identified. Nickel deposits and associated structures in the Thompson belt at the western limit of the Superior Province in northern Manitoba were the focus of seismic and electromagnetic (EM) studies combined with geology and physical property measurements. The combined seismic/EM image indicates that the rocks of the prospective Ospwagan Group, which have low resistivity, extend southeastward beneath the Archean gneiss and that structural culminations control the subsurface geometry of the Ospwagan Group. The Sudbury structure in Ontario is famous for its nickel deposits, the largest in the world, which formed as the result of a catastrophic meteorite impact. To help reconcile some of the enigmas and apparent contradictions surrounding studies of the structure and to develop more effective geophysical techniques to locate new deposits, Lithoprobe partnered with industry to carry out geophysical surveys combined with the extensive geological information available. A revised structural model for the Sudbury structure was generated and a 3-D seismic reflection survey identified a nickel deposit, known from drilling results, prior to any mine development. The Athabasca Basin of northwestern Saskatchewan and northeastern Alberta is one of the world’s most prolific producers of uranium from its characteristically high-grade unconformity-type deposits and is the only current uranium producer in Canada. An extensive database of geology, drillhole data and physical properties exists. Working with industry collaborators, Lithoprobe demonstrated the value of high-resolution seismic for imaging the unconformity and faults associated with the deposits. The final example involves a unique seismic reflection experiment to image the diamondiferous Snap Lake kimberlite dyke in the Slave Province of the Northwest Territories. The opportunity to study geological samples of the kimberlite dyke and surrounding rocks and to ground-truth the seismic results with drillhole data made available by the two industry collaborators enabled a case history study that was highly successful.RÉSUMÉLithoprobe (1984-2005), ce projet de recherche pancanadien, multidisciplinaire et concerté en sciences de la Terre, a étudié la structure et l'évolution de la croûte continentale canadienne et de ses marges. Ça a été un projet très réussi et qui a redéfini la nature de la recherche en sciences de la Terre au Canada. L'une des nombreuses retombées de ce projet a démontré par l'exemple que les spécialistes des sciences de la Terre en géophysique et en géologie, y compris toutes les sous-disciplines applicables dans ces domaines d'étude généraux, doivent travailler de concert afin de parvenir à une interprétation exhaustive de tous les ensembles de données disponibles. Dans la partie 1, cette approche s'est concrétisée par des études portant sur les structures lithosphériques. Dans la partie 2, elle a produit un résumé des interprétations tirées de six études liées à l'exploration à partir de publications dans des revues scientifiques. Dans le premier exemple, les structures souterraines associées au batholite du ruisseau Guichon, dans le centre-sud de la Colombie-Britannique, et qui renferme des gisements porphyriques de cuivre et de molybdène, sont maintenant mieux définies et mieux reliées aux différentes phases géologiques du batholite. Un retraitement des données de sismique réflexion, et d’inversion magnétique et gravimétrique 2,5-D et 3-D combiné à une cartographie géologique détaillée et à des données de forage ont permis une interprétation révisée et améliorée du de subsurface. La recherche autour du gisement de sulfures massifs volcanogéniques de Bell Allard de la région de Matagami, dans le nord du Québec, est un deuxième exemple. Un levé de sismique réflexion réalisé au-dessus du gisement, peu après sa découverte par forage, couplé avec des diagraphies géophysiques et de carottes, a été réalisé pour vérifier si l'ensemble pouvait donner une image du gisement. La détection directe du gisement de minerai à partir de la coupe sismique serait difficile si son emplacement n'était pas déjà connu; cependant, les caractéristiques structurales qui peuvent être liées aux lithologies déduites des forages et des diagraphies ont été bien définies. Les gisements de nickel et les structures qui y sont reliées dans la bande de Thompson, à la limite ouest de la province du Supérieur, dans le nord du Manitoba, ont fait l'objet d'études sismiques et électromagnétiques (EM), combinés à des mesures de caractéristiques géologiques et physiques. L'image sismique/EM combinée indique que les roches du groupe d’intérêt d’Ospwagan, lesquelles ont une résistivité faible, s'étendent vers le sud-est sous le gneiss archéen et, les culminations structurales contrôlent la géométrie souterraine du groupe d’Ospwagan. La structure de Sudbury, en Ontario, est réputée pour ses gisements de nickel, les plus importants au monde, lesquels se sont formés à la suite d'un impact météoritique catastrophique. Pour aider à comprendre certaines des énigmes et résoudre d’apparentes contradictions entourant les études de la structure, et pour développer des techniques géophysiques plus efficaces afin de localiser de nouveaux gisements, Lithoprobe s'est associé à l'entreprise privée pour réaliser des levés géophysiques, et les comparer aux très nombreuses informations géologiques disponibles. Une révision du modèle structural du gisement de Sudbury, ajouté à un levé sismique réflexion tridimensionnelle, ont permis de circonscrire un gisement de nickel, avant tout autre travail de développement minier. Le bassin de l'Athabasca, dans le nord-ouest de la Saskatchewan et le nord-est de l'Alberta, est l'un des producteurs d'uranium les plus prolifiques au monde provenant de gisements à haute teneur de type discordant, et est le seul producteur d'uranium au Canada. Une volumineuse base de données sur la géologie, les forages et les propriétés physiques est disponible. En collaboration avec des entreprises privées, Lithoprobe a démontré la valeur de la sismique à haute résolution pour l'imagerie de la discordance et des failles associées aux gisements. Le dernier exemple est celui d'une expérience de sismique réflexion unique visant à représenter le dyke de kimberlite diamantifère du lac Snap dans la province des Esclaves, dans les Territoires du Nord-Ouest. L'occasion d'étudier des échantillons géologiques du dyke de kimberlite, et des roches environnantes, et de valider les résultats sismiques à l'aide des données de forage mises à disposition par les deux partenaires privés, a permis une étude de cas très fructueuse.