Unités hydrostratigraphiques de la plate-forme du Saint-Laurent

Sept des neuf unités hydrostratigraphiques reconnues par Simard et Des Rosiers (1979) dans les roches cambro-ordoviciennes de la plate-forme du Saint-Laurent (f : perméabilité faible; m : perméabilité modérée; é : perméabilité élevée) se trouvent dans les basses-terres du Saint-Laurent (unités 2A-é, 2Z-é, 3A-é, 3B-f, 3C-m, 3Z-f et 4Z-m), où elles forment un vaste synclinal très ouvert, alors que les deux autres (unités 2E-é et 3E-m) se partagent l’île d’Anticosti (figure 4.15 et tableau 4.3). Les sept premières unités seront présentées dans l’ordre suivant : l’unité 2Z, qui forme la bordure extérieure du synclinal à l’ouest et au nord-ouest jusqu’en Mauricie; l’unité 2A, qui se superpose à la première au nord du lac Champlain, entre Châteauguay, Napierville et Saint-Jean, à Montréal, et qui forme une mince bande au nord du fleuve, continue de Terrebonne à Portneuf et discontinue vers le nord-est jusqu’à La Malbaie;

les unités 3C, 3A, 3B et 3Z, qui occupent le cœur du synclinal du sud-ouest au nord-est, et enfin l’unité 4Z, qui correspond à la bordure sud-est du synclinal, déformée par les chevauchements appalachiens. Les deux unités de l’île d’Anticosti (2E et 3E) seront commentées par la suite.

CORRECTIONS PROPOSÉES À LA DESCRIPTION DE CERTAINES UNITÉS DE LA PLATE-FORME DU SAINT LAURENT :

− la limite sud-est de l’unité hydrostratigraphique 3Z correspond à une faille qui n'apparaît plus sur les cartes de compilations récentes; sa limite devrait être la faille d'Aston, qui souligne naturellement le début de la ceinture de chevauchements imbriqués;

− l’unité 4Z chevauche le front des Appalaches (faille de Logan) et comporte une frange des premières nappes appalachiennes qui devraient être incluses dans l’unité 5Z des Appalaches;

− deux unités hydrostratigraphiques (2E et 3E) apparaissent sur les cartes de l’île d’Anticosti (figures 6 et 19 de Simard et Des Rosiers (1979) et figure 4.15 de ce rapport). L’unité 2E, au sud de l’île d’Anticosti, correspond aux unités lithostratigraphiques d’âge silurien, alors que l’unité 3E, au nord de l’île d’Anticosti, correspond aux unités lithostratigraphiques d’âge ordovicien. Nous proposons une description de ces unités selon les travaux de Petryk (1981) et Sandford (1993a et b).

UNITÉ 2Z (unité hydrostratigraphique à perméabilité élevée, façonnée dans la base des dépôts de plate-forme continentale formant la partie externe ouest du synclinal des basses-terres du Saint-Laurent – tableau 4.3 et figure 4.15)

Les grès cambriens du Postdam, riches en quartz, et les dolomies ordoviciennes du Beekmantown se sont déposés sur la plate-forme continentale en bordure de l’océan Iapétus pendant l’ouverture de ce dernier, alors que le dépôt des calcaires du Chazy et du Black River datent du début du charriage des nappes appalachiennes. Ces formations présentent de nombreuses discordances liées à des fluctuations eustatiques, qui ont produit du ravinement (surface d'érosion) et une altération de surface, dont la dolomitisation du Beekmantown. La dolomitisation se produit sur une surface de topographie irrégulière et parsemée de fractures (karst, dessiccations, etc).

Ces surfaces de ravinement sont remplies par des grès siliceux, puis la sédimentation de calcaire et d'argile revient. L’unité est traversée de nombreuses failles normales à rejet important, surtout sur sa bordure nord-est, le long du Bouclier canadien. La fracturation probable de ces roches, responsable de leur perméabilité élevée, correspondrait d’abord à un réseau de fractures orthogonal à paraclases et diaclases rectangulaires ou conjuguées, ou les deux, auquel se superposent localement des fractures associées aux failles normales (section 3.3).

L’élargissement par dissolution (effet karstique) de certaines fractures dans les unités de dolomie et de calcaire est aussi possible.

Unité 2A (unité hydrostratigraphique à perméabilité élevée, façonnée sur la plate-forme continentale au-dessus de l’unité 2Z et formant un arc discontinu entre le lac Champlain et La Malbaie, autour du cœur du synclinal des basses-terres du Saint-Laurent – tableau 4.3 et figure 4.15)

Les calcaires ordoviciens du Trenton se sont déposés sur la plate-forme continentale de l’océan Iapétus au début du charriage des nappes appalachiennes, ce qui leur donne un caractère argileux. Ces roches ne sont pas plissées, sauf dans la zone de cette unité située au nord du lac Champlain, à l'intérieur des premières nappes appalachiennes (interne à la Champlain Thrust des USA), où des plis ouverts ont pu se former. Des failles normales à rejet important sur des plans rapprochés (plusieurs centaines de mètres sur quelques kilomètres) découpent cette unité là où elle longe la bordure du Bouclier canadien, du nord-est de Montréal à La Malbaie. D’autres failles normales, plus espacées et à rejet moindre, sont aussi présentes dans les autres parties de cette unité. La fracturation probable de ces roches, responsable de leur perméabilité élevée, correspondrait d’abord à un réseau orthogonal à paraclases et diaclases rectangulaires ou conjuguées, ou les deux, auquel se superposent localement des fractures associées aux failles normales (section 3.3). Dans la zone plissée, près du lac Champlain, les réseaux de paraclases et de diaclases sont probablement enroulés, et des fractures caractéristiques des plis isopaques ont pu s’ajouter. En outre, un faible élargissement des fractures par dissolution (effet

karstique) est possible. Finalement, notons que les plans de surface marine indurée avec concentration de pyrite observés dans cette unité peuvent rendre l’eau souterraine ferrugineuse.

Unité 3C (unité hydrostratigraphique à perméabilité modérée, façonnée sur la plate-forme continentale au-dessus de l’unité 2A et formant une zone irrégulière, allongée est-ouest et centrée sur Saint-Jean-d’Iberville au sud de la zone axiale du synclinal des basses-terres du Saint-Laurent – tableau 4.3 et figure 4.15)

Le shale argileux d’Utica–Lorraine–Sainte-Rosalie s’est déposé dans le bassin d’avant-chaîne contemporain du charriage et de l'érosion des nappes appalachiennes (collision de l’arc volcanique continental du microcontinent Chain-Lakes avec l’Amérique du Nord). Ce bassin correspond au cœur du synclinal très ouvert formé dans les roches de la plate-forme du Saint-Laurent par la collision. Ces roches, plutôt ductiles, se caractérisent par une bonne fissilité de litage (paraclases), surtout lorsque la composition est plus calcaire. Elles sont affectées par des failles normales comme l’ensemble des unités des basses-terres du Saint-Laurent. Des plis ouverts à modérément serrés se développent dans la partie est de cette unité (secteur de Sainte-Rosalie), avant qu’elle ne passe, vers l’est, à une ceinture de chevauchements (unité 4Z). Ces plis sont recoupés par des petites failles de chevauchement. Deux failles fragiles, perpendiculaires l’une à l’autre, recoupent cette unité : la faille de Saint-Régis – Delson (cassante avec brèche en bordure) et celle de Tracy Brook (~ Champlain Thrust). Bref, la fracturation dans cette unité peut avoir plusieurs sources, mais le caractère plutôt ductile de la roche semble en limiter le potentiel aquifère à une

« perméabilité modérée ».

Unité 3A (unité hydrostratigraphique à perméabilité élevée façonnée dans le bassin d’avant-chaîne synclinal des basses-terres du Saint-Laurent entre les rivières Yamaska et Richelieu et les localités de La Présentation au nord et Mont-Saint-Grégoire au sud – tableau 4.3 et figure 4.15)

Les shales argileux ordoviciens d’Utica et du Lorraine (quelquefois calcaires) et les grès ordoviciens du Queenston se sont déposés dans le bassin d’avant-chaîne pendant la collision du micro-continent Chain-Lakes avec l’Amérique du Nord, au début de la destruction par érosion de la chaîne taconique alors formée. La granulométrie des diverses lithologies, dans la zone couverte par cette unité hydrostratigraphique, est probablement plus grossière qu’en moyenne dans chacune des unités sédimentaires présentes, les rendant plus compétentes qu’ailleurs et favorisant le développement d’une bonne fissilité de litage (paraclases). Des failles normales sont présentes, comme dans l’ensemble des basses-terres du Saint-Laurent. Des plis ouverts à modérément

serrés et des petits chevauchements deviennent plus abondants à l’est de la zone où se trouve cette unité. Un réseau de fractures orthogonal à paraclases et diaclases rectangulaires et conjuguées (section 3.3), vraisemblablement bien développé et complété par les fractures associées aux failles normales et aux petits chevauchements, est probablement responsable de la perméabilité élevée que montre cette unité.

Unité 3B (unité hydrostratigraphique à perméabilité faible façonnée dans le bassin d’avant-chaîne synclinal des basses-terres du Saint-Laurent, limitée par l’axe du synclinal des basses-terres du Saint-Laurent à l’ouest et au nord-ouest et par la faille de Saint-Barnabé à l’est – tableau 4.3 et figure 4.15)

Les schistes rouges et les grès ordoviciens du Groupe de Queenston ont poursuivi le remplissage du bassin d’avant-chaîne pendant le charriage des nappes appalachiennes et l’érosion de la chaîne taconique résultante. Ces roches, généralement peu compétentes, présentent une bonne fissilité de litage (paraclases), surtout dans des calcaires argileux avec une perméabilité initiale affectée par une cimentation précoce évaporitique. Failles normales espacées, comme dans tout le synclinal. Un faible développement du réseau de fractures orthogonal à paraclases et diaclases (section 3.3), en raison d’une bonne cimentation et à la compétence relativement faible des roches, semble être responsable de la faible perméabilité constatée.

Unité 3Z (unité hydrostratigraphique à perméabilité faible façonnée dans le bassin d’avant-chaîne, synclinal des basses-terres du Saint-Laurent, s’étendant de part et d’autre du fleuve Saint-Laurent, entre Saint-Jean-sur-le-Richelieu et Repentigny au sud-ouest, et Québec au nord-est – tableau 4.3 et figure 4.15)

Les shales argileux ordoviciens (principalement), avec interlits de grès et de calcaires argileux des Groupes d’Utica, de Lorraine et de Queenston, ont comblé le bassin d’avant-chaîne au cœur du synclinal des basses-terres du Saint-Laurent, à la fin du charriage des nappes appalachiennes et pendant l’érosion de la chaîne taconique résultante. Des failles normales espacées traversent cette unité, qui passe progressivement vers le sud-est à la zone de chevauchements imbriqués correspondant à l’unité 4Z. À proximité de cette dernière, l’unité 3Z est déformée en plis ouverts à modérément serrés, (?) recoupés par des petits chevauchements. En général, il y a une bonne fissilité de litage, mais la granulométrie présente une bonne fraction argileuse rendant la roche peu compétente. Les paraclases et la fracturation associées aux failles normales (section 3.3) et aux petits chevauchements ne forment apparemment pas un réseau de fractures suffisant pour conférer une bonne perméabilité à cette unité.

Unité 4Z (unité hydrostratigraphique à perméabilité moyenne formant une mince bande du coté sud-est du synclinal des basses-terres du Saint-Laurent, le long du front des Appalaches entre Québec et la frontière américaine – tableau 4.3 et figure 4.15)

Les schistes argileux et ardoisiers cambro-ordoviciens du complexe de Saint-Germain ont été bousculés, plissés et faillés par le charriage des nappes appalachiennes et contiennent des écailles des diverses unités lithologiques des basses-terres du Saint-Laurent. Ils présentent une ceinture de chevauchements imbriqués dans leur marge nord-ouest et des plis ouverts à serrés dans leur marge sud-est. Leur degré de métamorphisme est faible. La fracturation, principalement associée aux chevauchements imbriqués, permet une perméabilité modérée dans ces roches plus ou moins compétentes.

Unité 2E – version corrigée (unité hydrostratigraphique à perméabilité présumée faible occupant la moitié sud de l’île d’Anticosti tableau 4.3 et figure 4.15)

Les calcaires siluriens des Formations Becsie, Gun River, Jupiter et Chicotte constituent l’unité hydrostratigraphique 2E au sud de l’île d’Anticosti. Ces calcaires présentent des zones de shales calcaires et de calcaires argileux et des interlits de shale, sauf la formation Chicotte, au sommet de la séquence, qui est largement bioclastique. Ils se sont déposés dans un bassin marin resté ouvert après la formation de la chaîne taconique. Les interlits de shale fréquents dans les calcaires limitent probablement la perméabilité de ces unités. Selon Simard et Des Rosiers (1979) :

« Aucun forage n’a été effectué dans cette région, le débit moyen des puits devrait être de l’ordre de 1,5 à 3 m³/h (Brown, 1967) ».

Unité 3E – version corrigée (unité hydrostratigraphique à perméabilité présumée élevée occupant la moitié nord de l’île d’Anticosti – tableau 4.3 et figure 4.15)

Les calcaires ordoviciens des Formations Vauréal et Ellis Bay constituent l’unité hydrostratigraphique 3E au nord de l’île d’Anticosti. Cette séquence débute par des shales avec interlits de calcaire et de grès, se poursuit avec des calcaires avec interlits de grès et se termine avec des calcaires argileux. Ces unités se sont déposées dans un bassin marin resté ouvert après la formation de la chaîne taconique. Le développement de réseaux karstiques à partir d’un réseau de fractures orthogonal à diaclases rectangulaires, bien documenté dans ces formations (Coté et al., 1990), explique leur perméabilité élevée.