Pétrographie et géochimie du Pluton de Chevrillon et relation structurale avec le Groupe d’Opémisca (région de Chibougamau, Québec)

Pétrographie et géochimie du Pluton de Chevrillon et relation

structurale avec le Groupe d’Opémisca (région de Chibougamau,

Québec)

par Julien Huguet

Mémoire présenté à l’Université du Québec à Chicoutimi comme exigence partielle de la Maîtrise en Sciences de la Terre

Québec, Canada

RÉSUMÉ

Le Pluton de Chevrillon (PdC) et ses trois satellites, d’âge Néoarchéen, sont situés dans la région de Chibougamau, dans le coin nord-est de la Sous-province de l’Abitibi. Ils recoupent les roches de la Formation de Chebistuan qui sont principalement formées de conglomérats polygéniques jointifs et de grès, et se sont déposées dans le synclinal de Waconichi. L’âge de la mise en place et la relation à la déformation du PdC et de ses satellites ne sont pas déterminés. Cette association spatiale et temporelle entre magmatisme tardif, conglomérats et failles est observée ailleurs dans la Sous-province de l’Abitibi, et notamment dans le secteur de Kirkland Lake. Cependant, dans ce dernier, des minéralisations aurifères sont associées spatialement et temporellement au magmatisme alcalin tandis qu’aucune minéralisation associée au PdC n’est connue.

Afin comparer les deux secteurs, les objectifs principaux de cette étude sont (1) de définir la relation entre déformation régionale et mise en place du PdC et de ses satellites ; et (2) d’évaluer le modèle pétrogénétique du PdC qui sera ensuite comparé à celui des magmas de la région de Kirkland Lake. Les travaux de terrain et l’étude de la texture du quartz en lames minces permettront de répondre au premier objectif. La caractérisation de l’altération servira à déterminer si l’utilisation de diagrammes de classification utilisant des éléments mobiles est appropriée. L’étude du contenu en éléments majeurs, traces et des terres rares permettra de comparer le PdC, le Satellite Nord (SN) ; le Satellite Nord-Ouest (SNO) et le Satellite Ouest (SO) avec les grandes familles de roches archéennes : la suite des tonalites-trondhjémites-granodiorites (TTG), les sanukitoïdes et des granitoïdes calco-alcalins riches en potassium (HKCA).

Les travaux de terrain et les observations microscopiques montrent que le PdC et ses satellites se sont mis en place vers la fin de période de déformation affectant la région de Chibougamau, et que les roches sont peu ou pas altérées. Le PdC, le SN et le SNO sont des granodiorites à microclines porphyriques tandis que le SO est une granodiorite avec très peu de feldspaths porphyriques. L’ensemble de ces roches présente un caractère intermédiaire entre la série calco-alcaline et la série calco-alcaline. Elles s’apparentent à la famille des sanukitoïdes d’après leurs caractéristiques chimiques. Les intrusions montrent des degrés de différenciation différents ce qui

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permet d’établir une chronologie de mise en place relative. Ainsi, le PdC est le premier à se mettre en place suivi du SN, du SNO puis du SO. Le PdC et ses satellites commencent à cristalliser à une pression d’au minimum 6 kbar (21 km de profondeur) et a fini de cristalliser à environ 2,5 kbar (8,8 km de profondeur).

De légères différences chimiques sont observées entre les roches de cette étude est les intrusions du secteur de Kirkland Lake. Ces derniers ont un caractère alcalin prononcé, contiennent plus de Na, K et de terres rares et ont un (La/Yb)N plus faible que le PdC et ses satellites. Le stock

d’O’Brien (gisement aurifère du Lac Bachelor) est situé entre Chibougamau et Lebel-sur-Quévillon dans un contexte géologique similaire au secteur de Kirland Lake et donc à celui du PdC. Le style de minéralisation qui y est associé est semblable à ce qui est observé dans le secteur de Kirkland Lake. Le stock d’O’Brien a une chimie similaire (majeurs, traces et terres rares) à celle du PdC bien que pour un même contenu en Si, il contient entre 0,1 à 1 % poids de K en plus que le PdC. Ce stock a été caractérisé comme une sanukitoïde, et donc par analogie le PdC et ses satellites appartiendraient aussi à cette famille d’intrusion.

Mots-clé : Archéen ; Chibougamau ; Kirkland Lake ; Pluton de Chevrillon ; Sanukitoïde ; Sous-province de l’Abitibi ; Stock d’O’brien

TABLE DES MATIÈRES

RÉSUMÉ ... II

TABLE DES MATIÈRES ... IV

LISTE DES FIGURES ... VIII

LISTE DES TABLEAUX ... XIV

LISTE DES ÉQUATIONS ... XVI

REMERCIEMENTS ... XVII

ABRÉVIATIONS ... XVIII

INTRODUCTION ... 1

CHAPITRE 1

CONTEXTE GÉNÉRAL ET PROBLÉMATIQUES ... 3

1.1 INTRODUCTION ... 3

1.2 PROBLÉMATIQUE GÉNÉRALE ... 3

1.2.1 Les ceintures de roches vertes ... 3

1.2.2 Le magmatisme syn-tectonique dans les CRV ... 7

1.3 PROBLÉMATIQUE SPÉCIFIQUE ... 11

1.4 OBJECTIFS ... 15

1.5 MÉTHODOLOGIE ... 16

1.5.1 Objectif 1 : définition de la relation du pluton avec son encaissant ... 17

1.5.2 Objectif 2 : documenter la chimie et la pétrologie du Pluton de Chevrillon ... 20

1.5.3 Méthodologie et équipement utilisé ... 23

1.5.3.1 Cathodoluminescence ... 23

1.5.3.2 Étude pétrographique et comptages en lames minces ... 23

1.5.3.3 Analyses de type roche totale ... 24

1.5.3.4 Microscopie Électronique à Balayage (MEB) ... 26

1.5.3.5 Microsonde ... 27

1.5.3.6 Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-ICP-MS) .... 28

CHAPITRE 2

OBSERVATIONS DE TERRAIN ... 30

2.1 INTRODUCTION ... 30 2.2 PLUTON DE CHEVRILLON ... 31 2.2.1 Description ... 31 2.2.2 Enclaves ... 31 2.2.3 Déformation ... 32

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2.3 SATELLITE NORD ... 35 2.3.1 Description ... 35 2.3.2 Enclaves ... 35 2.3.3 Déformation ... 35 2.4 SATELLITE OUEST ... 36 2.4.1 Description ... 36 2.4.2 Enclaves ... 36 2.4.3 Déformation ... 36 2.5 SATELLITE NORD-OUEST ... 37 2.5.1 Description ... 37 2.5.2 Enclaves ... 37 2.5.3 Déformation ... 37

2.6 LA SCHISTOSITÉ RÉGIONALE ET L’ALIGNEMENT DES AMPHIBOLES DANS LES INTRUSIONS ... 39

CHAPITRE 3

ÉTUDE PÉTROGRAPHIQUE ... 43

3.1 INTRODUCTION ... 43 3.2 PLUTON DE CHEVRILLON ... 44 3.3 SATELLITE NORD ... 55 3.4 SATELLITE OUEST ... 56 3.5 SATELLITE NORD-OUEST ... 58 3.6 SÉQUENCE DE CRISTALLISATION ... 60 3.7 DIAGRAMME DE STRECKEISEN ... 60 3.8 RELATION A LA DÉFORMATION ... 62

CHAPITRE 4

GÉOCHIMIE ... 64

4.1 INTRODUCTION ... 64

4.2 PRÉSENTATION DES DONNÉES ET VARIABILITÉ CHIMIQUE NATURELLE ... 64

4.3 ALTÉRATION ... 69

4.4 GÉOCHIMIE ... 71

4.4.1 Calcul des minéraux normatifs ... 80

4.4.2 Comparaison entre différents types de granitoïdes ... 82

4.4.2.1 Sanukitoïde ... 82

4.4.2.2 TTG ... 83

4.4.2.3 HKCA ... 85

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4.5 SPECTRES DE TERRES RARES ET DIAGRAMMES MULTIÉLÉMENTS ... 88

4.5.1 Spectres de terres rares ... 88

4.5.2 Diagramme multiéléments ... 95

4.6 HOMOGÉNÉITÉ DU PLUTON DE CHEVRILLON ... 96

4.7 TEMPÉRATURE DE MISE EN PLACE ... 98

CHAPITRE 5

CHIMIE MINÉRALE ... 100

5.1 INTRODUCTION ... 100

5.2 IMAGERIE EN CATHODOLUMINESCENCE ET CARTES CHIMIQUES (MEB) ... 100

5.3 MEB, MICROSONDE ET LA-ICP-MS ... 104

5.3.1 Les feldspaths ... 104

5.3.1.1 Éléments constitutifs des feldspaths... 104

5.3.1.2 Homogénéité des feldspaths: éléments majeurs... 108

5.3.1.3 Chimie des feldspaths: éléments traces et terres rares lourdes ... 110

5.3.2 Amphiboles ... 115

5.3.2.1 Classification ... 115

5.3.2.2 Thermo-barométrie ... 117

5.3.2.3 Éléments traces et contenu en terres rares ... 121

5.3.3 Les biotites et chlorites ... 122

5.3.4 Les épidotes ... 125

CHAPITRE 6

SYNTHÈSES ET INTERPRÉTATIONS ... 129

6.1 SYNTHÈSES ... 129 6.1.1 Travaux de terrain ... 129 6.1.2 Étude pétrographique ... 130 6.1.2.1 Classification ... 130 6.1.2.2 Pétrographie ... 131 6.1.3 Géochimie... 132 6.1.3.1 Classification ... 132 6.1.3.2 Série magmatique ... 133 6.1.3.3 Échantillons mafiques ... 134

6.1.3.4 Zr, zircons et âge du Pluton de Chevrillon ... 134

6.1.4 Chimie minérale ... 135

6.2 INTERPRÉTATIONS ... 136

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6.2.1.1 Forme des intrusions ... 137

6.2.1.2 Travaux de terrain ... 137

6.2.1.3 Pétrographie ... 139

6.2.1.4 Conclusion ... 139

6.2.2 Évolution du magma et famille de magma ... 140

6.2.2.1 Observations de terrain ... 140

6.2.2.2 Conditions de cristallisation, température, pression et remontée ... 142

6.2.2.3 Classification chimique ... 150

6.2.2.4 Familles de roches archéennes ... 158

6.2.2.5 Source ... 161

6.2.3 Comparaison avec la zone de Kirkland Lake et le gisement du Lac Bachelor ... 162

CHAPITRE 7

CONCLUSIONS ... 168

RÉFÉRENCES...170

LISTE DES FIGURES

Figure 1.1 - Haut : carte montrant en gris la croûte Archéenne et en rouge les cratons d’intérêts. Bas : pour chacune des zones en rouge sur la carte, la figure de synthèse présente les âges simplifiés des quatre grands groupes de granitoïdes tardi-archéens. La même séquence se répète dans chaque craton de manière diachrone : (1) longue période de mise en place de TTG suivi (2) d’une période plus courte pendant laquelle se met en place trois nouveaux types de granitoïdes (Laurent et al. 2014). ... 5 Figure 1.2 - Carte géologique de l’Abitibi (McNicoll et al. 2014, modifié d’après Thurston et al. 2008 et Goutier et Melançon, 2010)... 6 Figure 1.3 - Carte géologique de la ceinture aurifère de Kirkland Lake – Larder Lake (Ispolatov et al. 2008) ... 11 Figure 1.4 - Carte de localisation du secteur de Chibougamau dans la Sous-province de l’Abitibi et localisation du PdC par rapport au transect Metal Earth (modifié d’après Leclerc, F., présentation

Metal Earth du 10 août 2017, et Gibson, H., présentation Metal Earth du 17 octobre 2017) ... 12

Figure 1.5 - Carte géologique simplifiée de la région de Chibougamau (Daigneault et Allard, 1990) ... 14 Figure 1.6 - Schéma des différentes étapes réalisées pour le comptage en lame mince ... 24 Figure 1.7 - Comparaison entre les contenus certifiés (ppm) des matériaux de référence utilisés et les contenus analysés (ppm) périodiquement au cours des analyses au LA-ICP-MS. Les graphiques A ; B ; C et D présentent les contenus en terres rares tandis que les graphiques E ; F ; G ; H et I présentent les contenus en Rb, Sr, Ba et Pb des analyses périodiques des matériaux de référence. Les lignes noires en traits pleins indiquent l’incertitude des valeurs certifiées des matériaux de référence. Les lignes noires en pointillés indiquent des variations de ± 5 % par rapport aux valeurs théoriques des matériaux de référence GSE ; G_Nist610b ; G_Nist612b ; Gprob6-A ... 29 Figure 2.1 - Carte de localisation des affleurements décrits pendant les campagnes de cartographie des étés 2018 et 2019. Le fond de carte est celui du SIGÉOM (2018). ... 34 Figure 2.2 - Photographies (a) section dans la roche du PdC montrant la texture porphyrique des phénocristaux de feldspaths potassiques ; (b) en gris (gauche du stylo), enclave de gabbro avec bordures plus finement cristallisées que le centre et contenant des phénocristaux de feldspaths porphyriques similaires à ceux présents dans la roche du PdC ; en noir (droite du stylo), enclave d’amphibolite anguleuse en partie découpée par une petite zone de cisaillement ; (c) enclave de gabbro contenant des phénocristaux de feldspaths porphyriques similaires à ceux présents dans la roche du PdC ; (d) petite enclave d’amphibolite anguleuse contenue dans la roche du PdC ; (e) enclave de couleur verte présentant un litage dans la roche du PdC ; (f) enclave de couleur verte ne présentant pas de litage dans la roche du PdC. Le crayon sur les Figures b et c mesure 13 cm de long. ... 38 Figure 2.3 - Canevas de Wulf en hémisphère inférieur représentant (a) les polaires des plans et le plan moyen de la schistosité régionale dans les sédiments ; (b) les polaires et le plan moyen de l’alignement des amphiboles dans les roches du PdC, du SN et du SO ... 40 Figure 2.4 - Carte structurale de la zone d’étude présentant l’indice d’anisotropie planaire des affleurements décrits et d’affleurements issus de données de compilation. Le fond de carte est celui du SIGEOM (2018) ... 42

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Figure 3.1 - Photomicrographies en lumière analysée polarisée (LPA) en microscopie optique de plagioclases en position d’éclairement maximal provenant des lames (a) UCE065 ; (b) UCE123 ; (c) UCE137 ; (d) UCE232 ; (e) UCE023 et (f) UCE226. ... 45 Figure 3.2 - Photomicrographies en LPA en microscopie optique de (a et b) feldspaths potassiques porphyriques de microcline présentant des zonations de croissances soulignées par l’alignement d’inclusions de plagioclases, d’amphiboles, de biotites, de rares cristaux de quartz et de minéraux accessoires. Les cristaux présentent des exsolutions perthitiques dans leurs parties centrales tandis que leurs bordures en sont exemptes (lame UCE123 et UCE232) ; (c) cristal de feldspaths potassiques de la matrice dont la forme est moins bien définie et qui ne présente pas de zonations clairement marquées. Le cristal ne présente pas d’exsolutions perthitiques. ... 47 Figure 3.3 - Photomicrographies en LPA en microscopie optique de cristaux de quartz : (a) UCE018, quartz d’origine magmatique, pas d’extinction roulante; (b) UCE069, quartz à extinction roulante et grains polygonaux ; (c) UCE086, quartz à extinction roulante ; (d) UCE135, légère extinction roulante et grains polygonaux de quartz ; (e) UCE230, sous-grains polygonaux et légère extinction roulante et (f) UCE232, grains polygonaux, très légère extinction roulante et faible présence de sous-grains. ... 48 Figure 3.4 - Photomicrographies en LPA en microscopie optique d’amphiboles en position d’éclairement maximum observées sur les lames (a) UCE023 amphiboles altérées ; (b) UCE069 ; (c) UCE086 ; (d) UCE135 ; (e) UCE230 et (f) UCE232. ... 50 Figure 3.5 - Photomicrographies en LPA en microscopie optique de petites enclaves mafiques observées sur les lames (a) UCE065 et (b) UCE232. ... 51 Figure 3.6 - Photomicrographies en LPA en microscopie optique de biotites en position d’éclairement maximum observées sur les lames (a) UCE086 ; (b) UCE135 ; (c et d) UCE138 ; (e) UCE139 ; (f) UCE141. ... 52 Figure 3.7 - Photomicrographies en LPA en microscopie optique d’épidotes en position d’éclairement maximum observées sur les lames (a) UCE069 ; (b et c) UCE123 ; (d) UCE138 ; (e et f) UCE171. ... 53 Figure 3.8 - Photomicrographies en LPA en microscopie optique de titanites observées sur les lames (a) UCE137 ; (b) UCE123 ; (c) UCE067 et (d) UCE065. ... 55 Figure 3.9 - Photomicrographies en LPA en microscopie optique de quartz présentant une extinction roulante marquée ainsi que des bandes de déformations (a et b) UCE171 et (c et d) UCE173 du SN. ... 56 Figure 3.10 - Photomicrographies en LPA en microscopie optique de (a et b) phénocristaux porphyriques de feldspaths potassiques et de quartz à extinction roulante sur la lame UCE203 (SO) ; (c,d et e) cristaux de quartz présentant une extinction roulante. ... 57 Figure 3.11 - Photomicrographies en LPA en microscopie optique de (a) bordure d’un porphyre de feldspath potassique contenant peu d’inclusions ; (b et c) principaux minéraux constitutifs de la matrice du SNO (Pl, Qtz, Bt/Chl et Ep) ; (d, e) textures de grains de quartz montrant la présence d’extinctions roulante plus ou moins bien marquées ; (f) quartz à extinction roulante et texture de recristallisation dynamique (sous-grains). ... 59 Figure 3.12 - Chronologie de cristallisation de phases majeures réalisée à partir des observations pétrographiques de lames minces. ... 60 Figure 3.13 - Diagramme de Streckeisen replaçant les douze échantillons pour lesquels un comptage en lame mince a été effectué ... 62

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Figure 3.14 - Photomicrographies en LPA en microscopie optique montrant la bordure de

phénocristaux de feldspaths potassiques présentant une texture marquée par de la recristallisation dynamique sur la lame UCE023 (a) et UCE086 (b) ... 63 Figure 4.1 - Comparaison entre les valeurs certifiées du matériel de référence felsique ORCA-1 et les valeurs analysées périodiquement sur ce matériel de référence pour les analyses (a) X260709 ; (b) X260690 ; (c) X260671 et (d) X260652 ... 65 Figure 4.2 - Comparaison entre les valeurs certifiées du matériel de référence mafique LK-NIP-1 et les valeurs analysées périodiquement sur ce maériel de référence pour les analyses (a) X260641 et (b) X260622 ... 66 Figure 4.3 - Graphique présentant la variabilité naturelle de chaque couple d‘oxydes (% poids) entre un échantillon et son duplicata pour les stations UCE018 ; UCE203 ; UCE138 et UCE133 ... 68 Figure 4.4 - Graphique présentant la variabilité naturelle de chaque couple d‘éléments entre un échantillon et son duplicata pour les stations UCE018 ; UCE203 ; UCE138 et UCE133... 69 Figure 4.5 - Diagramme présentant l’indice d’altération Alt Chlo d’après les calculs de CONSONORM_LG pour les roches du PdC et de ses satellites... 70 Figure 4.6 - Diagramme TAS de Middlemost (1985) montrant les échantillons du PdC (29), du SN (2), du SO (7), du SNO (3) ainsi que les deux enclaves mafiques prélevées dans le PdC et le dyke de gabbro échantillonné au sud du SO ... 72 Figure 4.7 - Diagramme AFM (Irvine et Baragar, 1971) montrant les échantillons identifiés comme subalcalins dans le diagramme TAS ... 74 Figure 4.8 - Diagramme de Ross et Bédard (2009) replaçant les échantillons du PdC, de ses satellites, ainsi que les 2 échantillons d’enclaves et le dyke de gabbro ... 75 Figure 4.9 - Diagramme ASI vs. A/NK (Frost et al. 2001) replaçant les échantillons de l’étude à l’exception des enclaves et du dyke ainsi que la limite entre le champ des granites de type-I et ceux de type-S de Chappell (1999) ... 77 Figure 4.10 - Diagrammes de Harker présentant les variations en éléments majeurs des roches du PdC et de ses satellites par rapport au contenu en SiO2. Les champs du diagramme K2O vs

SiO2 sont d’après Peccerillo et Taylor (1976) (SHO = shoshonitique; HKCA = granitoïdes

calco-alcalins riches en potassium; CA = calco-alcalin; LKCA = granitoïdes calco-alcalin pauvre en potassium) ... 79 Figure 4.11 - Diagrammes de Streckeisen replaçant les échantillons analysés ainsi que les courbes de tendance des suites tholeitique (T), alcaline (A), calco-alcaline pauvre (a), intermédiaire (b), et enrichie (c) de Lameyre et Bowden (1982). Le diagramme (a) replace les analyses en répartissant l’albite normative entre feldspaths potassiques et plagioclase ; le diagramme (b) replace les analyses en mettant toute l’albite normative dans le pôle plagioclase... 81 Figure 4.12 - Diagramme de Streckeisen replaçant les échantillons pour lesquels une analyse de type roche totale et un comptage en lame mince ont été effectués ... 81 Figure 4.13 - Diagramme ternaire Na-Ca-K présentant la position des échantillons par rapport au champ des TTG d’après Martin (1994). ... 84 Figure 4.14 - Diagrammes de Harker comparant la position des deux enclaves et du dyke de gabbro par rapport aux roches du PdC et de ses satellites. ... 88 Figure 4.15 - Spectres de terres rares normalisés au manteau primitif de Hofmann (1988) permettant d’identifier les roches du PdC (bleu), celles du SN (vert), celles du SO (rouge) et celles du SNO (bleu clair) ... 90

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Figure 4.16 - Boites à moustaches pour les roches du PdC et de ses satellites montrant les valeurs du ratio (La/Yb) normalisées au manteau primitif de Hofmann (1988) ... 90 Figure 4.17 - Spectres de terres rares normalisés au manteau primitif de Hofmann (1988) du PdC (a), du SN (b), du SO (c) et du SNO avec leur contenu respectif en SiO2 % poids ... 91

Figure 4.18 - Comparaison de spectres de terres rares normalisés au manteau primitif de Hofmann (1988) des échantillons du PdC et de ses satellites par rapport (a) aux spectres de sanukitoïdes de Halla (2005) et d’Ispolatov et al. (2008) ; (b) de granitoïdes calco-alcalins riches en potassium de Laurent et al. (2014) ; (c) de roches du batholite du Closepet de Moyen et al. (2001) et de Slaby et al. (2012) ; (d et e) de TTG archéennes de Beakhouse (2011) et de Kemp et Hawkesworth (2004) ; (f) de deux enclaves échantillonnées dans le PdC ainsi qu’un dyke de gabbro passant au sud du SO ... 94 Figure 4.19 - Comparaison des spectres multiéléments (a) du PdC et de ses satellites, avec : (b) des spectres de sanukitoïdes de Halla (2005) et d’Ispolatov et al. (2008) ; (c) de granitoïdes calco-alcalins riches en potassium de Laurent et al. (2014) ; (d) de roches du batholite du Closepet de Slaby et al. (2012) ; (e) de TTG de Beakhouse (2011), et de Kemp et Hawkesworth (2004) et (f) de TTG de Moyen et Martin (2012) ... 96 Figure 4.20 - Cartes thématiques montrant les variations de SiO2 % poids (a) et du ratio Zr/Ti (b) de

certains échantillons du PdC et de ses satellites ... 97 Figure 4.21 - Spectres de terres rares normalisés au manteau primitif de Hofmann (1988) de 6 échantillons partant de la bordure Sud du PdC et allant vers son centre géographique ... 98 Figure 4.22 - Diagramme d’après Watson et Harrison (1983) servant à déterminer la température de formation des roches du PdC et de ses satellites en se basant sur leur contenu en Zr (ppm) versus le facteur ((Na+K+2Ca)/(SI*Al)) ... 99 Figure 5.1 - Mosaïque de photomicrographies acquise en cathodoluminescence d'un feldspath porphyrique potassique sur la lame UCE232. Les lignes noires en gras représentent les zonations ... 101 Figure 5.2 - Mosaïque de photomicrographies acquise en cathodoluminescence d'un feldspath porphyrique potassique sur la lame UCE139. Les lignes noires en gras représentent les zonations. Celles qui sont droites et nettes sont des zonations oscillatoires tandis que les autres plus complexes, montrent des zones de résorptions ... 101 Figure 5.3 - (a) image d’un feldspath porphyrique potassique au MEB (électrons rétrodiffusés) ; (b) carte chimique montrant la répartition du Na ; (c) carte chimique montrant la répartition du K et (d) carte chimique montrant la répartition du Ca... 103 Figure 5.4 - Diagrammes ternaires Albite - Anorthite - Orthose replaçant les populations de feldspaths des lames UCE086 (a) et UCE231 (b) d'après les résultats des analyses in situ acquises au MEB ... 105 Figure 5.5 - Diagrammes ternaires Albite - Anorthite - Orthose replaçant les populations de feldspaths des lames UCE065 (a); UCE086 (b) ; UCE123 (c) ; UCE133 (d) ; UCE135 (e) et UCE139 (f) d’après les résultats des analyses in situ acquises à la microsonde ... 106 Figure 5.6 - Photomicrographie obtenue en électrons rétrodiffusés et acquise au MEB de deux plagioclases montrant la position des points d'analyses sur la lame UCE086. Les données associées donnent pour chaque point d’analyse le pourcentage d’albite, d’anorthite ainsi que le potassium exprimé sous forme K2O (% poids) ... 108

Figure 5.7 - Photomicrographie en cathodoluminescence montrant les zonations au sein d’un feldspath potassique porphyrique de la lame UCE086. Les points jaunes symbolisent la position

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des analyses MEB. Les lignes noires en pointillés sont tracées afin de faire ressortir les zonations. ... 109 Figure 5.8 - Photomicrographie en cathodoluminescence montrant les zonations au sein d’un feldspath potassique porphyrique de la lame UCE232. Les points jaunes symbolisent la position des analyses MEB. Les lignes noires en pointillés sont tracées afin de faire ressortir les zonations. ... 110 Figure 5.9 - Spectres de terres rares des plagioclases et des feldspaths potassiques normalisés au manteau primitif de Hofmann (1988) ... 112 Figure 5.10 - Mosaïque de photomicrographies prise en cathodoluminescence montrant une partie d'un feldspath potassique porphyrique (UCE231) ainsi que la position des lignes qui ont été acquises au LA-ICP-MS et de la position des boites d’intégrations le long de ces profils ... 113 Figure 5.11 - Graphiques montrant les variations en Ba (axe de gauche) et Sr (axe de droite) exprimées en ppm le long des profils d’acquisition A ; B ; C et D ... 114 Figure 5.12 - Graphiques montrant les variations en Rb (axe de gauche) et Pb (axe de droite) exprimées en ppm le long des profils d’acquisition A ; B ; C et D ... 114 Figure 5.13 - Limites compositionnelles de l’amphibole calcique présentant la position des points d’analyses à la microsonde (Hawthorne et al. 2012) ... 116 Figure 5.14 – Température (Putirka, 2016) et pression (Anderson et Smith, 1995) des amphiboles analysées à la microsonde... 118 Figure 5.15 – Diagramme de type boites à moustaches présentant la pression calculée (Kbar) des amphiboles. Les lames minces proviennent du PdC, à l’exception de la lame UCE173 (SN). Le diagramme est agencé afin de représenter un profil commençant sur la bordure sud du PdC (UCE133), passant par son centre (UCE232), par la bordure nord du PdC (UCE086) et se terminant dans le SN (UCE173) ... 119 Figure 5.16 - Diagramme de type boites à moustaches présentant la pression calculée (Kbar) des amphiboles dans la matrice et en inclusion dans les phénocristaux porphyriques de feldspaths potassiques. Les lames minces proviennent du PdC, à l’exception de la lame UCE173 (SN) . 119 Figure 5.17 - Représentation schématique du PdC et de ses satellites présentant la localisation des échantillons dont proviennent les lames minces sur lesquelles le géothermobaromètre de l'amphibole (Al-in-Hornblende) a été calculé (a). La carte (b) présente les données de pression (Kbar) convertie en profondeur (Km) ... 120 Figure 5.18 - Spectres des terres rares des amphiboles du PdC et du SN normalisés au manteau primitif de Hofmann (1988)... 122 Figure 5.19 - (a) diagramme FeOt - Al2O3 - MgO de Gokhale (1968) replaçant la ligne séparatrice

entre le champ des biotites magmatiques et celui des biotites métamorphiques ou métasomatiques (pointillés noirs). Les lignes en pointillés rouges représentent le champ des roches ignées d’après Nockolds (1947) ; (b) diagramme ternaire FeOt + MnO – MgO – 10 * TiO2

de Nachit et al. (2005) replaçant les champs (I) des biotites magmatiques, (II) des biotites rééquilibrées et (III) des biotites néoformées. ... 124 Figure 5.20 - Spectre des terres rares de 2 biotites analysés au LA-ICP-MS et normalisés au manteau primitif de Hofmann (1988) ... 125 Figure 5.21 - Spectres de terres rares normalisés au manteau primitif de Hofmann (1988) de 4 allanites et de 3 épidotes. Les 2 épidotes contenant le plus de terres rares légères sont situées au contact d’une allanite ... 128

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Figure 6.1 - Allure de la schistosité régionale tracée d'après les descriptions de terrain et mesures structurales des étés 2018 et 2019. Le fond de carte est celui du SIGEOM (2018) ... 138 Figure 6.2 - Photomicrographies en LPA montrant des zones de dissolution dans des épidotes du PdC. Les lignes rouges indiquent les bordures des épidotes tandis que les lignes blanches indiquent les zones de dissolutions ... 148 Figure 6.3 - Diagramme AFM présentant la position des trois analyses composites par rapport à la position des analyses de type roche totale du PdC, du SN, du SNO et du SO... 153 Figure 6.4 - Spectres multiéléments (a) de l’échantillon UCE123 et (b) de l’échantillon UCE065. Le spectre en bleu correspond à celui de l’analyse de type roche totale tandis que celui en rouge correspond au spectre obtenu en enlevant 6% d’amphiboles et 2% de biotites au spectre bleu. La normalisation est faite par rapport au manteau primitif de Hofmann, 1988 et McDonough et Sun, 1995 ... 154 Figure 6.5 - Modélisation de l'impact de l'ajout ou de la soustraction d'allanite en quantités différentes sur un spectre de terres rares du PdC ... 157 Figure 6.6 - Diagramme TAS de Middlemost (1985) sur lequel sont positionnées des roches des intrusifs de la partie Sud de la Sous-province de l’Abitibi, ainsi que des roches du stock d’O’Brien (gisement du Lac Bachelor) ... 164 Figure 6.7 - Diagramme de Winchester et Floyd (1975) replaçant les échantillons du PdC et de ses satellites ainsi que les échantillons des intrusifs de la zone de Kirkland-Lake et le stock d’O’Brien ... 164 Figure 6.8 - Spectres de terres rares des stocks (a) d'Otto, (b) de Lebel, (c) de Cairo et (d) d’O’Brien. Les spectres sont comparés à l’enveloppe des spectres de terres rares du PdC et de ses satellites Nord et Ouest. Le comportement aléatoire des spectres pour les terres rares lourdes de certaines des analyses du stock d’O’Brien s’explique par des valeurs proches des limites de détection. ... 166

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1.1 - Résumé de la méthodologie par objectif ... 17

Tableau 1.2 – Limites de détection en ppm pour les éléments traces analysés par ICP-MS sur 2 g de poudre ... 25

Tableau 1.3 – Limites de détection en ppm des éléments traces analysés par ICP-AES sur 0,25 g de poudre ... 25

Tableau 1.4 - Limite de détection en ppm des éléments analysés sur 0,5 g de poudre par ICP-MS suite à la digestion par Aqua Régia ... 26

Tableau 1.5 – Liste des oxydes analysés au MEB ... 27

Tableau 1.6 – Liste des oxydes et éléments analysés à la microsonde ... 27

Tableau 1.7 - Liste des isotopes analysés au LA-ICPMS ... 28

Tableau 1.8 – Paramètres d’acquisition des données de LA-ICPMS ... 28

Tableau 2.1 – Résumé des caractéristiques des différents types d’enclaves ... 32

Tableau 3.1 - Résultats des comptages en lame mince ... 61

Tableau 4.1 - Comparaison entre les valeurs certifiées et les résultats en ppm des analyses pour les éléments montrant des différences entre valeurs certifiées et analysées (Pb, Cs, Tl et Mo) du matériel de référence mafique LK-NIP-1 ... 66

Tableau 4.2 - Comparaison entre valeurs analysées et valeurs certifiées pour les contenus en terres rares des matériaux de référence ORCA-1 et LK-NIP-1 ... 66

Tableau 4.3 - Composition moyenne en oxydes (% poids) du PdC (29 analyses), du SN (2 analyses), du SO (5 analyses) et du SNO (3 analyses). Les chiffres en italique correspondent à l’écart-type des séries de données. Pour la SN, la moyenne et l’écart-type ne sont pas calculés comme il n’y a que 2 analyses. ... 67

Tableau 4.4 - Compositions moyennes en terres rares du PdC, du SN, du SO et du SNO. Les chiffres en italique correspondent à l’écart-type des séries de données. Pour la SN, la moyenne et l’écart-type ne sont pas calculés comme il n’y a que 2 analyses. ... 67

Tableau 4.5 - Compositions moyennes en éléments du diagramme multiéléments n’ayant pas déjà été données dans le Tableau 4.4 pour les roches du PdC, du SN, du SO et du SNO. Les chiffres en italique correspondent à l’écart-type des séries de données. Pour la SN, la moyenne et l’écart-type ne sont pas calculés comme il n’y a que 2 analyses. ... 67

Tableau 4.6 - Compositions chimiques (% poids) des deux échantillons du couple UCE018 et des variations exprimées en % ... 69

Tableau 4.7 - Composition en éléments majeurs et en quelques éléments traces de la suite des sanukitoïdes d’après les données de Stern et al. (1989) et celles d’Halla (2005). Les cases remplies en oranges indiquent les critères ne respectant pas la définition de Halla (2005). ... 82

Tableau 4.8 - Critères servant à définir l’appartenance d’une roche à la famille des TTG au sens strict d’après la définition de Moyen et Martin (2012). Les cases remplies en oranges indiquent les critères ne respectant pas la définition de Moyen et Martin (2012). ... 84

Tableau 4.9 - Comparaison entre la composition du Pluton de Matok d’après les données de Laurent et al. (2014) avec les compositions moyennes des roches du PdC et de ses satellites. Les données sont comparées pour des contenus en silice similaires. Les cases remplies en oranges indiquent les critères ne respectant pas les caractéristiques chimiques du Pluton de Matok (Laurent et al. 2014) ... 86

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Tableau 4.10 - Composition en oxydes et en quelques éléments traces de l’enclave de gabbro/monzodiorite (UCE13BG01), de l’enclave d’amphibolite (UCE13CG01) et du dyke de gabbro (UCE223CG01). Les oxydes sont exprimés en % poids tandis que les éléments sont donnés en ppm. ... 87 Tableau 4.11 - Synthèse des ratios La/Yb normalisés au manteau primitif de Hofmann(1988) et des anomalies en Eu pour les roches du PdC, de ses satellites et des différents types de roches qui leur sont comparés. ... 93 Tableau 5.1 - Composition moyenne en éléments majeurs des amphiboles du PdC et du SN d'après les analyses microsonde ... 115 Tableau 5.2 - Les différentes natures des amphiboles des roches du PdC et du SN d'après les données de microsonde ... 116 Tableau 5.3 - Comparaison entre les résultats d'analyses in situ au MEB et à la microsonde sur une amphibole de la lame UCE086 ... 118 Tableau 5.4 - Résultats des calculs de pression et de profondeur d’après la méthode de Mutch et al. (2016) ... 121 Tableau 5.5 - Résultats MEB des analyses de biotites ... 123 Tableau 5.6 - Résultats MEB des analyses de chlorites ... 123 Tableau 5.7 - Analyses de deux biotites au LA-ICP-MS, contenu en terres rares normalisé par rapport au manteau primitif de Hofmann (1988) ... 125 Tableau 5.8 - Données des analyses à la microsonde sur des épidotes et des allanites des lames UCE123 et UCE173. Les lignes remplies en oranges correspondent aux analyses de cristaux d’allanites tels que décrits en lames minces. ... 126 Tableau 5.9 - Analyses d’allanites et d’épidotes au LA-ICP-MS, contenu en terres rares normalisé par rapport au manteau primitif de Hofmann (1988) ... 128 Tableau 6.1 - Composition des phases minérales majeures d'après les résultats des analyses à la microsonde sur la lame UCE139 ... 152 Tableau 6.2 - Comparaison entre l’analyse de type roche totale moyenne des roches du PdC et l’analyse composite calculée à partir de la composition (en %) des roches du PdC couplée avec les résultats acquis à la microsonde ... 153 Tableau 6.3 - Composition des analyses de type roche totale UCE065 et UCE 123 normalisées au manteau primitif de Hofmann, 1988 et McDonough et Sun, 1995. Les lignes bleues correspondent aux valeurs avant la soustraction des amphiboles et des biotites. Les lignes orange correspondent aux valeurs après soustraction. ... 155 Tableau 6.4 - Composition moyenne du magma parent en éléments majeurs (% poids), en terres rares (ppm) et en éléments traces (ppm) ... 161

LISTE DES ÉQUATIONS

[1] Variabilité couple d'oxyde ... 68

[2] Altération en chlorite (Trépanier et al. 2015) ... 70

[3] Altération en séricite (Trépanier et al. 2015) ... 70

[4] Indice de saturation en carbonates (Kishida et Kerrich, 1996)... 70

[5] Thermométrie des amphiboles (Putirka, 2016) ... 117

[6] Barométrie des amphiboles (Anderson et Smith, 1995) ... 117

[7] Condition pour la barométrie d’Anderson et Smith (1995) ... 117

[8] Barométrie des amphiboles (Mutch et al. 2016) ... 121

[9] Calcul du temps de dissolution des épidotes ... 147

REMERCIEMENTS

Je tiens à remercier toutes les personnes ayant contribué de près ou de loin à la conduite de cette maitrise et à sa rédaction.

Mes remerciements vont en premier lieu à Lucie Mathieu et Paul Bédard qui m’ont tous deux encadré tout au long de cette maitrise.

Merci à Pierre Bedeaux pour sa gestion des campagnes de terrains des étés 2018 et 2019 ainsi que son aide au cours de la maitrise. Merci à Réal Daigneault et Patrick Houle pour leur aide sur le terrain et leurs grandes connaissances de la région de Chibougamau qui se sont révélées indispensables.

Merci à l’ensemble de l’équipe Metal Earth pour les deux étés de terrains. Merci aux assistants d’avoir porté sans trop râler des échantillons au moins 3 fois trop gros sur des distances plus ou moins insensées. Et merci à Adrien Boucher pour son aide et le temps qu’il m’a accordé.

Merci à Audrey Lavoie et Dany Savard pour leur aide lors de l’acquisition des mesures au LA-ICP-MS et leur réponse à mes nombreuses questions. Merci à M. Lang Shi (Université McGill) pour sa patience et son aide tout au long de l’acquisition des mesures à la microsonde.

Merci à mes parents et ma famille pour leur soutien inconditionnel au long de ces deux années.

Et un grand merci à Marie, qui a su me supporter et m’aider pendant cette maitrise et déjà bien avant.

ABRÉVIATIONS

Unités lithologiques

PdC : Pluton de Chevrillon

SN : Satellite Nord

SNO : Satellite Nord-Ouest

SO : Satellite Ouest

Minéraux

Afs : Feldspath alcalin

Al : Allanite Am : Amphibole Bt : Biotite Chl : Chlorite Ep : Epidote Pl : Plagioclase Qtz : Quartz Ttn : Titanite Unités

Apfu : Atom par unité de formule

Kbar : Kilo bar

ppm : partie par million

Ma : Million d’année

Autres

CRV : Ceinture de roches vertes

HKCA : granitoïdes calco-alcalin riches en potassium

LA-ICP-MS : laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry

LPA : Lumière Polarisée Analysée

MEB : microscope électronique à balayage

INTRODUCTION

Ce mémoire est produit dans le cadre d’une maîtrise recherche en géologie et génie géologique – volet recherche (programme 1666) à l’Université du Québec à Chicoutimi. Ce projet s’inscrit dans le cadre du Projet Metal Earth, transect de Chibougamau, initié par l’université Laurentienne, en partenariat avec l’UQAC et s’intitule : Pétrographie et géochimie du Pluton de Chevrillon et relation structurale avec le Groupe d’Opémisca (région de Chibougamau, Québec). Cette maîtrise s’inscrit directement dans l’initiative Metal Earth qui a pour but de comparer des secteurs géologiquement similaires qui sont pour certains fertiles (enrichis en métaux) tandis que d’autres ne le sont pas. L’idée est d’identifier des facteurs permettant de comprendre et d’expliquer ces contenus en métaux différents. Nous nous intéresserons ici à l’importance du plutonisme sans regard pour la minéralisation. Ce projet a été réalisé sous la supervision des professeurs Lucie Mathieu et Paul Bédard (CERM-UQAC), en collaboration avec Pierre Bedeaux (post-doctorant).

Dans la partie sud de la Sous-province de l’Abitibi, et notamment dans le secteur de Kirkland Lake, des minéralisations, principalement aurifère sont associées spatialement et temporellement à des intrusions alcalines néoarchennes de faible volume. Elles se mettent en place vers la fin de la période de déformation principale dans des bassins bordés par des failles. Ces derniers sont remplis par des roches sédimentaires d’origine fluviatiles, principalement conglomératiques appelées « type Timiskaming ».

Si l’association entre magmatisme de faible volume, conglomérats et minéralisation est bien documentée dans ce secteur, il l’est moins dans le secteur de Chibougamau. Au nord de la ville de Chibougamau, pourtant, le PdC est une intrusion tardive de relativement faible volume qui recoupe les conglomérats polygéniques de la Formation de Chebistuan, situés dans le synclinal de Waconichi, qui est limité au nord et au sud par des failles. Ce secteur ne contient pas de minéralisation aurifère connue et sa comparaison avec le secteur de Kirkland Lake pourrait permettre de mettre en évidence les paramètres qui permettent le développement de minéralisations aurifères.

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Cette étude se décompose en deux problématiques principales : (1) caractériser la chimie du PdC et la chimie de sa source (modèle pétrogénétique) afin de permettre une comparaison entre ce magmatisme et celui de la région de Kirkland Lake ; et (2) définir la relation entre le PdC et son encaissant sédimentaire ainsi que sa relation temporelle à la déformation. Ce document se divise en 7 grands chapitres: 1) Contexte général et problématique ; 2) Observations de terrain ; 3) Étude pétrographique ; 4) Géochimie ; 5) Chimie minérale ; 6) Synthèse et interprétations ; et 7) Conclusions.

CHAPITRE 1

CONTEXTE GÉNÉRAL ET PROBLÉMATIQUES

1.1 INTRODUCTION

Ce chapitre présente dans un premier temps la problématique générale de la maîtrise. Il s’agit de poser les bases et les différents concepts qui serviront par la suite à discuter les résultats produits. La première section est une revue de la littérature centrée sur les ceintures de roches vertes, le plutonisme à l’Archéen et l’association de gisements de type intrusion-related avec des intrusions syn-tectoniques principalement d’affinité alcaline. Cela permet de dégager la problématique spécifique qui sera l’objet des travaux de cette maîtrise. Par la suite, les différents objectifs sont définis et la méthodologie mise en place est décrite dans le détail.

1.2 PROBLÉMATIQUE GÉNÉRALE

1.2.1 Les ceintures de roches vertes

Le terme de ceintures roches vertes (CRV) s’applique aux assemblages de roches volcano-sédimentaires recoupés par des plutons, formés sur de vastes ensembles de roches plutoniques et qui font partie des zones de croûte Précambrienne (c.-à-d. les cratons). Ces zones sont généralement métamorphisées au faciès des schistes verts et sont dominées par des roches mafiques riches en chlorite, actinote et épidote (Burke et al. 1977). Bien que les plus anciennes CRV connues se soient formées à ~3 800 Ma, la majorité s’est formée à la fin de l’Archéen, vers 2 800 à 2 500 Ma (Condie, 1981). Les CRV les plus travaillées sont celles qui sont le mieux préservées et qui présentent un intérêt économique important. Elles sont situées en Australie, en Afrique du Sud et au Canada. Les CRV sont composées en majorité de roches volcaniques (>50%), de roches plutoniques majoritairement intermédiaires à felsiques et, en plus faible proportion, de roches sédimentaires (15-30%). Des exceptions existent, puisque certaines CRV peuvent être composées principalement de roches sédimentaires (p. ex. CRV de Yellowknife, Canada, avec 85% de roches sédimentaires ; Condie, 1981 ; Condie, 1993).

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Les CRV se forment en deux périodes : 1) la période syn-volcanique, qui correspond à une phase de construction et de magmatisme intense ; et 2) la période syn-tectonique, qui correspond à une ou plusieurs phases de déformation et un magmatisme de faible volume. En moyenne, la première période dure entre 200 et 500 Ma et la seconde dure entre 20 et 150 Ma (Figure 1.1 ; Laurent et al. 2014). La période syn-volcanique comprend plusieurs épisodes magmatiques et volcaniques qui mettent en place de gros volumes de roches (p.ex. coulées de laves mafiques, suites de type tonalite-trondjhémite-granodiorite aussi appelées TTG). La période syn-tectonique est caractérisée par la mise en place de faibles volumes de magma, comme des intrusions syénitiques (p. ex. syénite de Beattie dans la Province de Supérieur ; David et al. 2007), et par la formation de bassins sédimentaires.

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Figure 1.1 - Haut : carte montrant en gris la croûte Archéenne et en rouge les cratons d’intérêts. Bas : pour chacune des zones en rouge sur la carte, la figure de synthèse présente les âges simplifiés des quatre grands groupes de granitoïdes tardi-archéens. La même séquence se répète dans chaque craton de manière diachrone : (1) longue période de mise en place de TTG suivi (2) d’une période plus courte pendant laquelle se met en place trois nouveaux types de granitoïdes (Laurent et al. 2014).

Les CRV sont caractérisées par une histoire tectonique complexe enregistrant plusieurs stades de déformation. Par exemple, dans le cas de la CRV de l’Abitibi, deux stades de déformations majeurs succéderaient à un stade de déformation précoce et marginal (D1 ; Daigneault et al. 1990). Le premier stade majeur (D2) correspond à un épisode de compression N-S, qui forme des

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structures orientées E-O (Figure 1.2). Ces structures se sont formées en réponse à l’accrétion de terranes pendant l’orogenèse Kénoréenne ainsi qu’à des failles et à des axes de plis. Le second épisode majeur (D3) correspond à des contraintes principales en compression orientées NO-SE, qui s’expriment par des décrochements dextres le long des structures de la phase D2 (Daigneault et al. 1990 ; Lacroix, 1998). Les CRV de Barberton et de Pietersburg montrent une évolution des contraintes similaires, débutant par de la compression puis évoluant vers de la transpression (De Wit, 1991).

Figure 1.2 - Carte géologique de l’Abitibi (McNicoll et al. 2014, modifié d’après Thurston et al. 2008 et Goutier et Melançon, 2010)

La majorité des CRV contient des bassins sédimentaires qui se développent pendant la période syn-tectonique (Eriksson et al. 1994 ; Robert, 2001). Bien que ces bassins reflètent une extension à l’échelle locale, ils se sont tous formés dans un contexte régional de compression, c.-à-d. d’accrétion de terranes, et ressemblent aux bassins d‘avant-arc, d’avant-pays, ou de ceintures plissées post archéens (De Wit et al. 1992). C’est le cas du bassin sédimentaire d’avant-pays de Granada, qui est bordé au nord par la faille de Cadillac-Larder Lake, et qui est situé dans la Sous-province de l’Abitibi (Diop, 2011). Des bassins sédimentaires peuvent aussi se former en contexte

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de décrochement (type pull-apart), tel que le bassin de Duparquet en Abitibi, qui s’est formé par décrochement dextre le long de la faille Destor-Porcupine (Mueller et al. 1991).

En Abitibi, il existe deux types de bassins sédimentaires appelés « type Porcupine » et « type Timiskaming » (Ayer et al. 2002). Les bassins de type Porcupine se forment entre 2 699 – 2 685 (Ayer et al. 2002). Ils contiennent majoritairement des séquences marines de type turbiditiques. Les bassins de type Timiskaming, de tailles plus restreintes, se mettent ensuite en place entre 2 677 et 2 670 Ma dans la partie sud de la Sous-province de l’Abitibi, soit ~20 à 30 Ma après les bassins de la partie nord (Corfu et al. 1991 ; Ayer et al. 2005, Thurston et al. 2008). Ces bassins se forment pendant la période syn-tectonique, le long des structures E-O. Les bassins de type Timiskaming (p. ex. bassins de Kirkland-Lake ou de Duparquet ; Mueller et al. 1991) présentent des faciès majoritairement conglomératiques indiquant un contexte alluvial-fluviatile. Rarement, quelques sédiments d’origine marine sont observés à leurs bases (Colvine et al. 1988 ; Thurston et Chivers, 1990; Mueller et al. 1991). Les bassins de type Timiskaming sont bien étudiés au sud de l’Abitibi car ils sont spatialement et temporellement associés à des minéralisations aurifères et à de petits volumes de magma alcalin (Ispolatov et al. 2008 ; Thurston et al. 2008). Cependant, dans le reste de l’Abitibi, ces bassins et leurs relations aux phases de déformations, à l’or et aux intrusions syn-tectoniques sont moins documentés.

1.2.2 Le magmatisme syn-tectonique dans les CRV

Dans les CRV, le magmatisme évolue et est séparé en deux périodes. Pendant la période syn-volcanique, les magmas dominants sont d’affinité tholéiitique (p. ex. coulée de lave basaltique) ou appartiennent à la série des TTG, qui forment des intrusions intermédiaires à felsiques de gros volume. Les périodes syn- à post-tectoniques correspondent à la mise en place de roches d’affinité calco-alcaline (suite du magmatisme syn-volcanique), à tendance alcaline, des granites hybrides et des granites à biotites et à deux micas (Figure 1.1; Condie, 1976 ; Laurent et al. 2014). Les plus anciennes manifestations du magmatisme à tendance alcaline sont datées aux environs de 3,0 Ga (p.ex. craton de Pilbara, CRV de Barberton, Smithies et Champion, 2000), mais ce type de magmatisme est plus fréquent à du Néoarchéen, c.-à-d. aux environs de 2,7 Ga (Moyen et Laurent,

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2018). Les conditions permettant l’émergence de ce type de magma à tendance alcaline et sa relation avec les gisements d’or de type intrusion-related (lien génétique entre magmatisme alcalin et minéralisation aurifère) ou syenite-associated (Robert, 2001) restent peu comprises. Le reste de ce texte propose une présentation de ce magmatisme particulier.

Les magmas des périodes syn- à post-tectonique peuvent être classés en trois types : les granites à biotite ou à deux micas, les granitoïdes hybrides et les sanukitoïdes (Laurent et al. 2014). Les granites à biotite ou à deux micas sont des granites d’anatexie de la période tardi à post-tectonique. Les granitoïdes hybrides sont formés par l’interaction de magmas (p. ex. métasomatisme, mélange) à l’origine des granitoïdes des autres catégories (TTG, sanukitoïde, granite à biotite et à deux micas ; Laurent et al. 2014). Les sanukitoïdes, quant à elles, proviennent de la fusion partielle d’une source mantellique enrichie en éléments incompatibles par métasomatisme. Le terme sanukitoïde s.l. regroupe les sanukitoïdes sensus stricto (s.s. ; p. ex. complexe de Portree dans le craton de Pilbara en Australie ; Smithies et Champion, 1999) et les intrusions alcalines (Laurent et al. 2014).

Les intrusions alcalines des CRV (p. ex. celles de l’Abitibi) appartiennent au groupe des sanukitoïdes s.l. (Laurent et al. 2014 ; Fayol et al. 2016), et sont plutôt désignées comme la suite à monzonites, granodiorites et syénites dans certaines CRV. Les sanukitoïdes s.l. sont souvent caractérisées par de larges cristaux de feldspaths potassiques contenus dans une matrice à grains moyens (c.-à-d. texture porphyrique) constituée d’un assemblage de plagioclases, de quartz et d’agrégats mafiques de biotites, d’amphiboles et, en plus faible proportion, de pyroxènes (Martin et al. 2010 ; Laurent et al. 2014).

Les sanukitoïdes correspondent à un magmatisme de faible volume comparé aux TTG. Par exemple, les sanukitoïdes du craton de Pilbara (Australie) sont de petites intrusions de diamètre inférieur au kilomètre et celles du craton du Yilgarn (Australie) ont des tailles qui peuvent varier de 2 à 10 km (Smithies et Champion, 1999). Dans la Sous-province de l’Abitibi, ces intrusions affleurent sur une surface inférieure à 10 km² en majorité (Fayol et al. 2016). Néanmoins, il existe des intrusions de sanukitoïdes (suite des sanukitoïdes) de plus gros volume, tel que le granite de

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Closepet en Inde, qui s’étend sur 400 km de long par 20 km de large (Jayananda et al. 1995 ; Moyen et al. 1997). Ces roches représentent en moyenne 15 % de la surface des terrains tardi-archéens (Laurent et al. 2014).

Ces intrusions se mettent en place tardivement dans l’évolution des CRV à l’échelle mondiale. Comme cette évolution est diachronique, les sanukitoïdes se forment entre 3 000 et 2 500 Ma, selon les CRV (Laurent et al. 2014). Ainsi, les intrusions alcalines du craton de Pilbara sont datées à 2 945 Ma (Smithies et Champion, 2000), celles du craton Karélien (Finlande) à 2 740 Ma (Mikkola et al. 2011) tandis que celles de la partie sud de la Sous-province de l’Abitibi sont datées entre 2 680 et 2 672 Ma (Robert, 2001) Les conditions qui permettent l’émergence de ce type de magmatisme ne sont pas entièrement comprises.

Les sanukitoïdes se mettent en place à la faveur de structures crustales majeures qui séparent les terranes des CRV (Smithies et Champion, 1999 ; Ujike, 1985 ; Wyman et Kerrich, 1988). En Abitibi, ces magmas sont généralement associés et restreints spatialement aux structures transpressives majeures orientées E-O, telle que la faille de Cadillac-Larder Lake, où des sédiments alluvio-fluviatiles (conglomérat de Timiskaming), des trachytes et des syénites sont confinés dans des bassins formés par le jeu des failles (Dimroth et al. 1983 ; Jensen, 1985 ; Wyman et Kerrich, 1988 ; Thurston et Chivers, 1990). Aussi, en Abitibi, les sanukitoïdes sont souvent allongées dans la direction E-O à cause de leur association spatiale et temporelle avec les structures majeures (failles).

La signature géochimique des sanukitoïdes est caractérisée par un enrichissement en éléments compatibles (Mg, Ni, Cr) et en éléments incompatibles (LILE et LREE), ce qui reflète une source qui présente à la fois une composante mantellique et crustale (p. ex. un manteau métasomatisé ; Shirey et Hanson, 1986 ; Stern et al. 1989 ; Laurent et al. 2014). Néanmoins, cet enrichissement en éléments compatibles disparait dans les termes les plus différentiés de cette série (Halla, 2005). Les sanukitoïdes sont caractérisées par une teneur en K2O allant de 1,5 à 5 % poids et par un rapport K2O/Na2O supérieur à 0,5. Leurs contenus en SiO2 varient entre 45 et 70 % poids tandis que la somme du FeOt, MgO, MnO, TiO2 est comprise entre 5 et 25 % poids (Heilimo et al. 2010 ;

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Laurent et al. 2014). La composition en éléments traces et majeurs des sanukitoïdes est intermédiaire entre la composition typique des TTG et celle des roches provenant d’arc moderne (Martin et al. 2010). Le contexte géodynamique associé à la mise en place de ce type de magma reste sujet à débat. Parmi les nombreuses théories proposées, nous en retiendrons trois. La première implique un contexte de subduction similaire à l’actuel. Le magma alcalin est généré par un faible degré de fusion partielle du coin mantellique, enrichi en éléments incompatibles par métasomatisme. Cet enrichissement provient de la déshydratation de la plaque subductée (slab) dans le manteau qui produit un fluide riche en incompatibles (Feng et Kerrich, 1992). La seconde regroupe la subduction dite « chaude » et la « délamination ». Dans ces cas, le matériel crustal subducté dans le manteau provoque un enrichissement en éléments incompatibles par métasomatisme. Un faible degré de fusion partielle de matériel mantellique enrichi par métasomatisme permet la création d’un magma alcalin (Johnson et al. 2013). De manière similaire, cette succession d’évènements (enrichissement par métasomatisme et fusion partielle du manteau enrichi) se retrouve en contexte d’arrière arc (Espinoza et al. 2008 ; Saunders et Tarney, 1984).

Des gisements sont spatialement, temporellement et génétiquement associés à de petits volumes de magma alcalin. Il s’agit du type intrusion-related (Robert, 2001), qui correspond à des gisements associés à des intrusions, saturées en fluides par le processus de cristallisation fractionnée, et mises en place à faible profondeur. Les minéralisations associées sont des sulfures disséminés ainsi que des stockwork de veines et veinules irrégulières. En Abitibi, ce type de gisement est notamment associé à des structures majeures et à de petits volumes de magma alcalin d’âge Archéen qui se mettent en place le long de ces structures (Legault et Lalonde, 2009). C’est le cas du gisement d’or de Kirkland-Lake, qui correspond à l’association d’un bassin sédimentaire « type Timiskaming » créé le long d’une structure E-O le long de laquelle une syénite alcaline transportant de l’or s’est mise en place (Figure 1.3; Isplatov et al. 2008). Cependant, tous les bassins sédimentaires associés à des structures majeures et à des intrusions alcalines tardi-archéennes ne sont pas porteurs de minéralisation aurifère. De ce fait, les relations entre magmatisme alcalin, bassins sédimentaires et minéralisation en or sont toujours sujettes à débats.

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Figure 1.3 - Carte géologique de la ceinture aurifère de Kirkland Lake – Larder Lake (Ispolatov et al. 2008) 1.3 PROBLÉMATIQUE SPÉCIFIQUE

La région de Chibougamau occupe le coin NE de la Sous-province archéenne de l’Abitibi (Province de Supérieur, Canada ; Daigneault, 1991). Cette région est bordée à l’est par une zone de déformation orientée NE qui la sépare de la Sous-province du Grenville, et au nord par le pluton de Barlow, qui la sépare de la Sous-province d’Opatica (Daigneault, 1991 ; Leclerc et al. 2011 ; Leclerc et al. 2017). L’extrémité nord du transect Metal Earth débute au niveau du pluton de Barlow et passe à 5 km à l’est du PdC (Figure 1.4). La région de Chibougamau, métamorphisée au faciès des schistes verts, a enregistré trois épisodes de déformation. Le premier stade de déformation, mineur (D1, période syn-volcanique), se traduit par des plis orientés N-S liés à la mise en place d’intrusions volumineuses appartenant au Groupe de Roy (p. ex. le pluton de Chibougamau ; Daigneault et Allard, 1983). Le pluton de Chibougamau est une intrusion polyphasée mise en place entre 2 718 ± 2 Ma (Krogh, 1982) et 2 701,7 ± 2,9 Ma (McNicoll et al. 2008) pour la phase la plus ancienne et la plus récente respectivement. Le second stade de déformation (D2) a créé les plis

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régionaux orientés E-O, qui se sont formés en régime de compression (contrainte maximale orientée N-S). Cet épisode est lié à l’orogène Kénoréenne (2 820 à 2 650 Ma), qui désigne les déformations liées à l’accrétion des terranes qui forment la Province de Supérieur (Hofmann, 1990 ; Williams, 1990 ; Percival, 2007). Cette déformation a formé, du sud vers le nord, les synclinaux de Chapais, de Chibougamau et de Waconichi ainsi que les anticlinaux de Waconichi (aussi appelé zone tectonique de Waconichi), de Chibougamau et de La Dauversière. Le troisième épisode de déformation (D3) correspond à une rotation des contraintes qui conduit à du décrochement le long des structures E-O précédemment formées (Dimroth et al. 1986 ; Daigneault et Allard, 1984 ; Daigneault et al. 1990 ; Leclerc et al. 2017). Á l’échelle de la Sous-province de l’Abitibi, la période syn-tectonique s’étend de 2 700 à 2 670 Ma (Chown et al. 1992 ; Chown et al. 2002). Cependant, à Chibougamau, l’intervalle de temps associé à la période syn-tectonique diffère légèrement et s’étend de 2 707 à 2 692 Ma (Dimroth et al. 1986 ; Daigneault et Allard, 1990). Dans cette même région, les intrusions syn-tectoniques se mettent en place entre 2 703 et 2 690 Ma (Chown et al. 1992). C’est par exemple le cas du Pluton de Barlow (Chown et al. 2002).

Figure 1.4 - Carte de localisation du secteur de Chibougamau dans la Sous-province de l’Abitibi et localisation du PdC par rapport au transect Metal Earth (modifié d’après Leclerc, F., présentation Metal Earth du 10 août 2017, et Gibson, H., présentation Metal Earth du 17 octobre 2017)

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La stratigraphie de la région de Chibougamau peut être séparée en deux groupes : le Groupe de Roy et le Groupe d’Opémisca. Le premier correspond à un assemblage de roches volcaniques reposant sur la Formation des Vents (2 798,7 ± 0,7 Ma ; Davis et al. 2014) et sur la Formation de Chrissie (2 791,8 +3,7/-2,8 Ma ; David et al. 2011). Le Groupe d’Opémisca, composé en majorité de roches sédimentaires, repose en discordance sur le groupe de Roy (Daigneault et Allard, 1990). Les dépôts du Groupe d’Opémisca occupent le coeur des synformes de Chapais et de Waconichi (Leclerc et al. 2017). Dans les synclinaux de Chapais et de Waconichi, le Groupe d’Opémisca est constitué des Formations de Stella et de Haüy, et de la Formation de Chebistuan, respectivement (Allard et Gobeil, 1984).

La Formation de Stella se compose de conglomérats polygéniques, de grès arkosiques et d’argilites. Cette formation est datée à 2 704 ± 2 Ma, ce qui correspond à l’âge maximal de dépôt des conglomérats d’après une datation ID-TIMS U-Pb sur un zircon détritique (Leclerc et al. 2012). La Formation de Haüy à une composition similaire (Leclerc et al. 2012), mais se distingue par la présence des coulées d’andésite potassique porphyrique intercalées dans les roches sédimentaires (Piché, 1985). L’âge de sédimentation maximal de la Formation conglomératique de Haüy est daté à 2 691 ± 2,9 (ID-TIMS U-Pb sur un zircon détritique ; David et al. 2007). Les âges de ces deux formations ne sont donc pas déterminés avec précision mais indiquent qu’elles sont plus récentes que 2 690 Ma environ. La Formation de Chebistuan se compose de conglomérats, de grès feldspathiques et d'argilites similaires à ceux de la Formation de Stella, en plus de contenir des laves andésitiques similaires à celles de la Formation de Haüy. Elle est considérée comme étant de même âge que les formations de Stella et de Haüy (Daigneault et Allard, 1990).

La Formation de Chebistuan (Figure 1.5) est recoupée par le PdC, qui est une intrusion de granodiorite à phénocristaux porphyriques de feldspaths potassiques, mise en place entre la fin de la période syn-tectonique et la période post-tectonique (tardi-tectonique ; Duquette, 1982 ; Marchand, 1990). A Chibougamau, les plutons syn- à post-tectoniques sont composés de monzonite quartzifère, de granodiorite, de tonalite, de granite, de syénite et de carbonatite et sont datés aux alentours de 2 695 Ma (p. ex. pluton de Barlow : 2 697 Ma ; Gariépy et Allègre, 1985).

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Figure 1.5 - Carte géologique simplifiée de la région de Chibougamau (Daigneault et Allard, 1990)

Le PdC est défini comme étant un petit pluton (11 km par 8 km de surface) massif et homogène de granodiorite à cristaux porphyriques de microcline, mis en place entre la fin de la période syn-tectonique et la période post-syn-tectonique (Duquette, 1982). Il est caractérisé par un assemblage de quartz, microcline, plagioclase et de rares grains de biotite et d’amphiboles choritisées. Il contient, en proportions variables de la titanite, de l’apatite, du zircon, de l’ilménite et de la magnétite (Sabourin, 1956). L’intrusion est bordée au nord, au nord-ouest et à l’ouest par trois petites intrusions homogènes et de même composition. Leur relation au PdC n’est pas définie. Une auréole de métamorphisme de contact au faciès des amphibolites de 1,6 km est présente autour du PdC dans les roches sédimentaires de la Formation de Chebistuan (Sabourin, 1956). Le PdC contient des enclaves dont la nature demeure indéterminée (L. Mathieu, communication personnelle 2018). La présence d’enclaves pourrait impliquer une contamination du magma. Cependant, comme peu d’information chimique n’est disponible sur ces enclaves et sur le pluton, cette hypothèse n’a pas pu être vérifiée, de même que l’affinité du pluton. Il n’existe aucune datation du pluton de Chevrillon ce qui ne permet pas de le replacer précisément dans la

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stratigraphie de la région de Chibougamau. Aussi, documenter la chimie du pluton et sa relation à l’encaissant sont deux points importants dans le cadre du transect Metal Earth qui passe à 5 km à l’est du pluton de Chevrillon.

Les données disponibles indiquent que le PdC est une intrusion de petit volume, mise en place dans un bassin sédimentaire orienté E-O, qui se serait formé pendant la période syn-tectonique d’après les datations des Formations de Stella et Haüy et l’âge présumé de la Formation de Chebistuan. Ce bassin contient des dépôts conglomératiques d’origine fluviatile. Par analogie avec le sud de l’Abitibi, le PdC pourrait être une intrusion à tendance alcaline appartenant au groupe des sanukitoïdes. En effet, ce contexte semble similaire à celui observé à proximité de la ville de Kirkland-Lake, où des bassins à unités conglomératiques du Timiskaming sont spatialement et temporellement associés à des intrusions alcalines et à des gisements d’or de type intrusion-related (Robert, 2001). Néanmoins, aucun indice de minéralisation aurifère n’est connu dans la Formation de Chebistuan, à la différence des roches sédimentaires conglomératiques de type Timiskaming (p. ex. gisement d’or de Kirkland-Lake).

En résumé, peu d’études ont étés menés dans le secteur du PdC, il existe donc peu d’information sur le pluton et son encaissant sédimentaire. Cela amène à se poser les questions suivantes.

1) Quelle est la relation entre le Pluton de Chevrillon et son encaissant sédimentaire en termes de déformation ? A quelle période ce pluton s’est-il mis en place ?

2) Quelle est la chimie du Pluton de Chevrillon et quelle est la chimie de sa source ? Est-ce un pluton alcalin appartenant au groupe des sanukitoïdes ?

3) Ce pluton a-t-il été contaminé ? Si oui, quels sont les processus liés à cette contamination, la nature des contaminants et leurs impacts sur la chimie du magma ?

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Le but principal de cette maîtrise est de définir l’histoire géologique du PdC et sa relation avec son encaissant. Pour ce faire, deux objectifs sont définis à partir des questions soulevées précédemment.

Objectif 1 : définir la relation du Pluton de Chevrillon avec son encaissant et déterminer s’il se met en place durant la période syn-tectonique ou postérieurement à cette période.

Objectif 2 : documenter la texture, la chimie et la pétrologie du Pluton de Chevrillon, les caractéristiques de sa source, et son évolution magmatique en tenant compte d’une possible contamination.

Compléter ces deux objectifs (relation avec l’encaissant et chimie du pluton) permettra de statuer sur un contexte similaire ou non à celui associé à de la minéralisation aurifère dans le sud de la Sous-province de l’Abitibi (Kirkland-Lake)

1.5 MÉTHODOLOGIE

Cette section vise à détailler la méthodologie qui sera utilisée dans le cadre de ce projet pour répondre aux objectifs énoncés précédemment. La maîtrise se déroule en trois volets : les travaux préparatoires au terrain, les travaux de terrain et les travaux de laboratoire. Les travaux réalisés en amont du terrain visent à compiler les données disponibles (géochimie, travaux de cartographie antérieurs) et à identifier les affleurements décrits dans la littérature. Les travaux de terrain sont une composante majeure de cette maîtrise et se sont déroulés à l’été 2018 et à l’été 2019. Ils consistaient à cartographier et à échantillonner les différentes lithologies observées, en particulier celles du PdC et de ses satellites.

Les travaux de laboratoire ont débuté à l’automne 2018 et ont été axés dans un premier temps autour de la description des lames minces et au traitement des données des analyses de type roche totale. Dans un second temps, des données MEB, de microsonde et le laser ont été acquises et traitées. La méthodologie est détaillée dans les sections 1.5.1 et 1.5.2 et est résumée dans le Tableau 1.1.