The Helle intrusion is located in the eastern part of Belgium and was discovered by the end of last century. Geochronology (U-Pb isotopic ratios ofzircon) indicates that the magma emplacement took place between Silurian and Lower Devonian (minimum age of emplacement: around 381 ± 16 Ma). Previous studies have shown that the Helle intrusion is a sill structure with most of its outcropping rocks characterized by a petrographic composition of quartz-diorite (tonalite). The low degree of thermic metamorphism related to the intrusion is reflected by a very thin aureole of hornfels. The rather large zone of pyritic rocks surrounding the igneous rocks was probably generated by an extensive hydrothermal (mainly a sulphidization) episod possibly contemporary of the thermic metamorphism phase. Finally, a main episode of regional metamorphism contemporary of the variscan orogeny induced a metamorphism of low-grade (ACF : paragenesis prehnite-chlorite-epidote) in the igneous rocks of la Helle.

In 1976-1977, at the initiative of Union Minière S.A., the concealed magmatic rocks were recognized by four drillings down to a depth of approximately 100 m. The Belgian Geological Survey supervised the study. Results are included in the present memoir divided into 3 parts.

The first part is devoted to a bibliographic synthesis of the geology and the mineralization of the Helle area. In a second part, results of lithological and petrographical observations are presented. The study under the microscope emphasizes a large variation of petrographic composition ranging from diorites to granodiorites and monzodiorites. Mineralogic variations seem to be related to mechanisms of magmatic differentiation (mainly fractional crystallization) but also to a complex post-magmatic hydrothermal alteration process, which mainly affected the superficial area of the intrusion. That zone is characterized by a secondary K-feldspar occurrence. The hydrothermal alteration also produced silicification and partial albitization with the development of a network of veinlets (locally mineralized) in the magmatic and surrounding Revinian metaquartzopelitic rocks. In this part, lithogeochemical logs of metallic elements are shown. A three dimensional reconstruction of the intrusion indicates that the structure corresponds to a laccolitic sill-shaped of: ± 500 m of NE-SW length, 125 m of maximal thickness and 30° SE dip. Small dykes are also connected to the main sill.

The third part concerns the petrological and metallogenical interpretations. The primary mineralization is mainly formed by sulphide components (chalcopyrite, bornite, molybdenite). The average Cu and Mo content of the igneous rock is low (Cu = 0,17 % ; Mo = 0,02 %). The low metal stock of the intrusion (Cu: ± 35 000 tons; Mo: ± 4 000 tons) is the consequence of a reduced volume of mineralized rock as weIl as common low metal contents. Metallogenically, this type of mineralization can be compared to the porphyry copper model although some important differences appear. The difficulty to distinguish the various concentric patterns of alteration suggests the smash of the alteration zones and is probably due to the small size of the intrusion.

Résumé

L'intrusion de la Helle, située dans l'Est de la Belgique (Hautes Fagnes), a été découverte à la fin du XIXème siècle. Des études antérieures ont établi qu'il s'agit d'un sill présentant une composition de diorite quartzique, ou, plus restrictivement, de tonalite. A cette intrusion, sont associés, d'une part un faible métamorphisme se traduisant par une ceinture pluridécimétrique de cornéennes et, d'autre part, un dynamométamorphisme caractérisé par une auréole plurihectométrique de schistes tachetés. En outre, une minéralisation cupro-molybdénifère est également présente. Une datation radiométrique par la méthode U-Pb sur zircon attribue à cette intrusion un âge minimum de mise en place vers 381 ± 16 Ma, c'est à dire silurien ou dévonien inférieur. Enfin, un métamorphisme régional contemporain de l'orogenèse varisque, a donné naissance à une paragenèse A CF (préhnite - chlorite - épidote) de faible degré.

En 1976-1977, l'Union Minière a financé 4 sondages dans le but de préciser la forme de l'intrusion et son potentiel minier. Ils ont été confiés au Service géologique de Belgique qui en a supervisé l'étude dont les résultats sont présentés dans le présent mémoire divisé en 3 parties.

Dans une première partie, on effectue une synthèse bibliographique sur la géologie et la minéralisation de la région de la Helle. Dans une deuxième partie, on présente les résultats des descriptions lithologiques détaillées et des observations pétrographiques consacrées aux sondages. Les observations diascopiques soulignent une importante variation de la composition minéralogique, caractérisée par une gamme de roches allant de la diorite à la diorite quartzique et de la monzodiorite à la granodiorite éventuellement quartzique. Les variations minéralogiques semblent associées à des mécanismes de différenciation magmatique (principalement la cristallisation fractionnée), mais aussi à un processus hydrothermal post-magmatique complexe qui a principalement affecté la partie superficielle de la colonne magmatique actuellement dégagée par l'érosion. Cette zone est marquée par l'occurrence de feldspath potassique. L'altération hydrothermale a également produit une silicification et une albitisation partielle avec développement d'un réseau de veinules/veines localement minéralisées dans la roche magmatique et l'encaissant quartzopélitique revinien. Dans cette partie, on précise également les variations lithogéochimiques des roches ignées pour les éléments métalliques et la géométrie en trois dimensions de l'intrusion. Il s'agit d'un silllaccolitique d'environ 500 m d'extension NE-SW, épais en son centre de 125 m maximum, plongeant à 30° vers le SE, duquel se dégagent des petits dykes.

Une troisième partie est consacrée aux interprétations pétrologiques et métallogéniques. On peut établir un certain parallélisme qualitatif entre l'intrusion faiblement minéralisée de la Helle et un porphyre cuprifère classique. Bien qu'à la Helle, la plupart des zones d'altération hydrothermale soient mélangées et donc quasi indiscernables, la variation spatiale du feldspath potassique semble suggérer la présence d'un début d'altération potassique dans les secteurs périphériques de l'intrusion. Le télescopage des différentes zones d'altération est probablement du à la petite dimension de l'intrusion. Comme les teneurs sont également faibles (en moyenne: Cu = O,17 % ; Mo = 0,02 %), le stock métal estimé en première approximation (Cu: environ 35 000 tonnes; Mo: environ 4 000 tonnes) est également très modeste.

Samenvatting

De intrusie van de Helle, gelegen in het oosten van België (Hoge Venen), werd ontdekt op het einde van de XIXste eeuw. Vroegere studiën hebben aangetoond dat het om een sill gaat, met de samenstelling van kwartsdioriet of strikter genomen uit tonaliet. Aan deze intrusie is enerzijds een zwak metamorfisme geassocieerd dat zich vertaald door een gordel van verscheidene dm hoornrots, anderzijds een dynamometamorfisme, gekenmerkt door een aureool van verscheidene honderden m gedekte schisten. Daarnaast is eveneens een koper-molybdeen- mineralisatie aanwezig. Een radiometrische datering met de U-Pb-methode op zirkoon verleent die intrusie een minimum leeftijd van ontstaan rond 381 ± 16 Mj, d.w.z. Silurisch of Onder-Devoon. Tenslotte is door regionaal metamorfisme tijdens de varistische orogenese een zwake ACF-paragenese gevormd (prehniet-chloriet-epidoot).

In 1976-1977, heeft Union Minière 4 boringen gefinancierd met de bedoeling de vorm van de intrusie en haar ontginbaarheid nauwkeurig te bepa1en. Ze werden toevertrouwd aan de Geologische Dienst van België die de studie begeleidde waarvan de resultaten voorgesteld worden in deze toelichtingen verdeeld in 3 delen.

Een eerste deel bevat een bib1iographische synthese van de geologie en mineralisatie van de Hellestreek. Een tweede deel geeft de resultaten van de gedetailleerde lithologische beschrijvingen en de petrographische waarnemingen in de boringen. De diascopische waarnemingen wijzen op een belangrijke variatie van de mineralogische samenstelling, gekenmerkt door een gamma gesteenten gaande van dioriet naar kwartsdioriet en van monzodioriet naar eventueel kwartsgranodioriet. De mineralogische variaties blijken samen te gaan met magmatische differentiemechanismen (voornamelijk de gefractioneerde kristallisatie), maar ook met de ingewikkeld post-magmatisch hydrothermaal proces dat hoofdzakelijk heeft ingewerkt op het bovenste deel van de magmazui1 nu blootgelegd door erosie. Die zone wordt gekenmerkt door het voorkomen van ka1iumveldspaat. De hydrotherma1e verwering heeft eveneens geleid tot silicificatie en gedeeltelijke albitisatie, gepaard gaand met de vorming van een netwerk van gedeeltelijke aders/adertjes in het magmatische gesteente en de omgevende kwartsopelitische Reviniaan eenheden. In dit deel uiten zich ook duidelijk de lithogeochemische variaties van de stollingsgesteenten voor de metallische elementen en de driedimensionele geometrie van de intrusie. Het betreft een laccolitische sill met een omvang van ongeveer 500 m in de NO-ZW richting, in het midden maximum 125 m dik, 30° naar het ZO duikend, waarvan kleine dykes loskomen.

Een derde deel is gewijd aan de petrologische en metallogenetische interpretaties. Men kan een zeker kwalitatief parallelisme vaststellen tussen de zwak gemineraliseerde intrusie van de Helle en een klassieke koperhoudende porfier. Hoewel in het geval van de Helle, de meeste hydrothermale verweringszones vermengd en dus vrijwel niet te onderscheiden zijn, blijkt de ruimtelijke variatie van kaliumveldspaat toch te wijzen op de aanwezigheid van een beginnende potassische verwering in de randzones van de intrusie. Het telescoperen van de verschillende verweringszones is waarschijnlijk toe te schrijven aan de geringe afmetingen van de intrusie. Daar de gehalten eveneens la ag zijn (gemiddeld : Cu = O,17%; Mo = 0,02%) wordt de metaalreserve in een eerste benadering (Cu ongeveer 35 000 ton; Mo: ongeveer 4000 ton) eveneens als zeer bescheiden aanzien.