Chapitre 2: Article scientifique
4.2 Chimie minérale et métamorphisme
Les conditions P-T obtenues par Feininger (1981) ainsi que Clague et al. (1981) lors de leurs études métamorphiques (c.-à-d. jusqu’à 800°C pour 7 kbars, en gradient métamorphique inverse), ne pouvait pas vraiment être expliquées par l’épaisseur apparente du manteau présent dans la région de Thetford Mines. Ces conditions de pression et de température auraient plutôt été atteintes à une certaine profondeur dans la zone de subduction, couplées à la contrainte de cisaillement et du contact avec les péridotites légèrement plus chaudes.
Suivant les résultats obtenus pour la chimie minérale, il est possible de conclure que le gradient métamorphique inverse, décrit par les différents chercheurs ayant travaillé sur cette semelle amphibolitique, est bien présent. Bien que ce gradient métamorphique n’ait pas été quantitativement décrit (c.-à-d. pas d’étude P-T de la séquence dans ce projet), il est possible de le discerner, qualitativement parlant, selon les analyses effectuées à la microsonde électronique. La présence d’une diminution de la composante en Al2O3 et en TiO2 des amphiboles causée par le rapprochement des sites d’échantillonnage vers le contact de haute pression et température, semble démontrer ce phénomène (Daoust, 2007). De plus, la présence de minéraux de plus haut grade tels que le grenat et le clinopyroxène, au fur et à mesure que les sites d’échantillonnages se rapprochent de ce même contact, est une autre preuve (voir Pattison, 2003). Les pyroxènes ayant montré une composition majoritairement de diopside et d’augite indiquent que le grade
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métamorphique ne s’est pas rendu au faciès de l’éclogite. Une composante sodique aurait probablement été retrouvée à l’intérieur de certains grains de pyroxène si cela avait été le cas. De plus, aucun grain montrant une composition chimique associée à de l’orthopyroxène n’a été retrouvé, une observation, qui pour l’instant, peut exclure l’hypothèse que notre séquence ait atteint les conditions P-T du faciès à granulite de moyenne ou basse pression. Les grenats analysés ont montré, dans plusieurs cas, une zonation marquée en certains éléments tels que le manganèse et le magnésium. Puisque le grenat est un minéral relativement stable, ceux retrouvés dans les échantillons analysés pourraient avoir enregistré les conditions de pression et de température qu’a subies la séquence durant son évolution, autant au niveau des inclusions (Plagio, Cpx, Hbl, etc.) que du grenat lui-même. Les inclusions retrouvées à l’intérieur des cristaux de grenats sont susceptibles de contenir de l’information sur les conditions dans lesquels les grains ont crû par rapport à la composition actuelle de ces mêmes minéraux présents dans la matrice comme le plagioclase, le pyroxène, etc. Les symplectites à Qz-Ep retrouvés dans la lame 13-BEL-31, représentent une texture témoins d’un champ relativement concis de réactions incomplètes entre certains minéraux durant l’évolution P-T de la séquence. Le lien entre les résultats d’analyses à la microsonde électronique, le métamorphisme et l’évolution P-T de la séquence est un point qui pourrait être abordé plus en profondeur dans des travaux futurs.
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Conclusion
L’étude pétrologique de la semelle métamorphique de la Colline de Belmina est essentielle à la compréhension de la géodynamique ancienne de l’océan Iapétus. L’information obtenue sur le protolithe de cette séquence offre la possibilité d’ajouter de nouveaux éléments à la géodynamique déjà connue de ce bassin. La géochimie permet d’émettre plusieurs hypothèses. D’une part, il est connu que cette séquence est fort probablement constituée d’une section de croûte océanique qui a été accolée, mélangée et métamorphisée sous une jeune ophiolite. La preuve obtenue que cette section présente une composition de liquide primitif et qu’elle n’a pas été affectée par la fusion partielle permet d’affirmer que les résultats présentés dans ce mémoire reflètent bel et bien le protolithe. Selon les études au microscope optique, la fusion partielle ne semble pas avoir affecté les échantillons amassés. Les résultats de la géochimie en éléments traces (surtout en ETR légère et en Nb) ne sont donc pas affectés par une fusion partielle de la séquence. Ils peuvent donc être considérés comme représentatifs du protolithe. Les diagrammes spiders ont montré que trois groupes géochimiques distincts sont retrouvés, basés sur les concentrations en éléments traces immobiles tels que le niobium et le tantale. Le premier groupe montre une anomalie positive en Nb-Ta, attribuable à une composante de panache mantélique. Le second montre une anomalie négative en ces mêmes éléments, associée à une composante d’arc volcanique. Finalement, les échantillons du dernier groupe montrent des patrons semblables à une composante de MORB normal. Ces trois groupes sont retrouvés de manière aléatoire dans la séquence. La présence d’un métamorphisme important ayant effacé toutes structures et minéralogies pré-tectonique, en plus des nombreuses failles retrouvées localement, rend la définition par cartographie de chacun de ces trois groupes quasi impossible.
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Pour ce qui est de la géodynamique ancienne de l’océan Iapétus, cette étude permet d’apporter de nouvelles hypothèses. Considérant que la semelle métamorphique est formée d’une portion de croûte océanique subductée et accolée au manteau sus-jacent, l’étude de cette séquence permet d’obtenir de l’information pertinente au sujet de la plaque tectonique complètement disparue dans cette zone de subduction. Premièrement, il est possible d’affirmer la présence d’un panache mantélique dans la région de formation de cette séquence. Cependant, il faut considérer que la zone de contamination d’un panache mantélique est très variable et peut s’étendre à quelques milliers de kilomètres comme le montre le cas de la ride East-Scotia au sud de l’océan Atlantique avec la contamination du plume de Bouvet (Livermore, 2003). La présentation des deux modèles a montré la possibilité que la mise en place de cette semelle soit liée à la présence d’une chaine de monts sous-marins. L’exemple de la perturbation créée par la subduction de la chaine de Louisville pourrait s’avérer un environnement favorable à la mise en place de plusieurs complexes ophiolitiques. De Souza et al. (2012) avait discuté de la probabilité que les différents complexes ophiolitiques des Appalaches proviennent d’un même segment de lithosphère océanique. La subduction d’un mont océanique serait donc une hypothèse intéressante pour le cas de la mise en place plusieurs complexes ophiolitiques corrélatifs, disposés sur quelques centaines de mètres de distance, comme le montre la ligne de Brompton Baie-Verte. Ce projet est une première en ce qui a trait à la géochimie d’une semelle métamorphique associée à un complexe ophiolitique des Appalaches. Considérant que les semelles proviennent d’une portion de la plaque océanique subductée accolée sous les complexes ophiolitiques et le fait que les complexes ophiolitiques des Appalaches proviennent d’un segment corrélatif de lithosphère, il pourrait s’avéré très intéressant d’investiguer les autres semelles métamorphiques retrouvées dans les Appalaches, à savoir si des caractéristiques géochimiques du même type pourraient être retrouvées. La contamination de type panache mantélique est la caractéristique la plus plausible pouvant être retrouvée dans les autres semelles amphibolitiques appalachiennes compte tenu du rayon de contamination de ce type de structure géologique.
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Dans ce mémoire, beaucoup de résultats d’analyses à la microsonde électronique sur la chimie minérale ont été obtenus. Tous ces résultats, liés à quelques analyses supplémentaires, pourraient s’avérer très intéressants à une étude quantitative plus approfondie sur le métamorphisme et les conditions P-T enregistrés par cette séquence métamorphique.
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