Québec Mines + Énergie - 19 au 22 novembre 2018 - Centre des congrès de Québec
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Salle 306-B

19 novembre 2019

Géologie structurale : modèles tectoniques et leur implication pour la prospection

Président

Abdelali Moukhsil

MERN

Président

Yannick Daoudene

MERN

L’étude des gisements s’effectue à plusieurs échelles, du minéral au camp minier. Les zones investiguées varient ainsi en taille de quelques micromètres à plusieurs kilomètres et peuvent toucher différentes unités géologiques. Les guides d’exploration qui découlent de ces études reposent donc souvent sur l’identification de traits particuliers qui, observés ailleurs, peuvent conduire à la définition de secteurs favorables à la présence de minéralisations. Cependant, les critères basés sur les liens spatiaux et temporels entre les gisements de même nature, établis à partir des caractéristiques géodynamiques régionales, sont parfois peu perceptibles dans ces guides. Les éléments reconnus au sein d’un gisement peuvent-ils être retrouvés ailleurs à l’échelle d’une province géologique? Dans ce questionnement, le contexte géodynamique dans lequel s’inscrivent la genèse et l’évolution des minéralisations d’une région constitue un outil précieux qui doit guider toute démarche d’exploration. À l’aide de divers exemples, cette session de conférences vise à démontrer l’importance capitale de la conception et du choix d’un modèle géodynamique pour la découverte de nouveaux gisements.

Liste des acronymes 

14 h

Relations tectonique-minéralisations dans les lithosphères chaudes; applications aux cratons précambriens

Présentateur

Denis Gapais

Denis Gapais, émérite

Université de Rennes 1

Détails de la conférence

De nombreux cratons archéens et paléoprotérozoïques soumis à une tectonique compressive montrent des champs de déformation qui diffèrent de ceux des zones orogéniques modernes. Les déformations se marquent par de l’épaississement crustal distribué, avec un raccourcissement subhorizontal et un étirement subvertical pénétratifs, qui se combine à un fluage horizontal dans la croûte ductile localement en fusion partielle. Parallèlement, les indicateurs métamorphiques régionaux sont généralement liés à des conditions de haute température distribuées dans la croûte moyenne, attestant de croûtes continentales chaudes.

Une synthèse des données de plusieurs exemples de terrain et les résultats de modélisations analogiques révèlent qu’une tectonique verticale marquée par l’enfouissement de dépôts de croûte supérieure dans une croûte sous-jacente chaude et molle (pop-down tectonics) est la plus pertinente pour rendre compte des structures. L’enfouissement des portions de croûte supérieure est restreint aux zones de déformation subverticales, où ces portions de croûte enfouies peuvent atteindre des conditions de fusion partielle.

Ces zones d’intense déformation subverticales sont géométriquement corrélées aux domaines de concentration des minéralisations qui caractérisent les cratons anciens de par leur importance. Les relations entre structures et minéralisations dans plusieurs ceintures archéennes et paléoprotérozoïques montrent que le modèle de pop-down tectonics fournit un cadre structural prometteur pour l’exploration minière dans les cratons anciens.

14 h 50

Les ophiolites comme témoins de l’évolution géodynamique de la lithosphère océanique : implications tectoniques et métallogéniques

Présentateurs

Alain Tremblay

Alain Tremblay

UQAM

Jean Bédard

Jean Bédard

CGC-Q

Détails de la conférence

Les ophiolites sont des fragments de lithosphère océanique charriés sur une marge continentale lors d’une collision orogénique. Elles marquent généralement la trace de sutures de subduction et sont présentes dans les archives géologiques du Paléoprotérozoïque, abondamment documentées dans celles du Phanérozoïque, mais plutôt rares, sinon absentes, dans l’Archéen. Les ophiolites sont les témoins d’océans aujourd’hui disparus et permettent d’étudier « à pieds secs » les variations séculaires des structures primaires et la nature de la croûte océanique profonde et du manteau supérieur. Les études récentes suggèrent que la composition et la structure de la lithosphère océanique moderne sont principalement contrôlées par les taux d’expansion à la ride qui varient de faibles (2-3 cm/année) à élevés (15-20 cm/année). Ces variations ont été extrapolées à différentes ophiolites de par le monde, parmi lesquelles on a reconnu des séries à expansion lente et rapide.

Cette conférence présente une comparaison lithologique et structurale de deux séries ophiolitiques phanérozoïques attribuées à une expansion lente, les ophiolites jurassiques de Mirdita (~165 Ma) dans les Dinarides de l’Albanie et les ophiolites ordoviciennes (~500 à 480 Ma) dans les Appalaches du sud du Québec. L’ophiolite de Mirdita forme une nappe allochtone de 4000 km2 qui a subi très peu de déformation post-obduction, et pour laquelle on a établi la présence d’un « core complex » océanique (OCC), une structure précoce ayant causé l’exhumation de la croûte profonde et du manteau et favorisé la circulation de fluides hydrothermaux. Des structures préobduction, possiblement associées à un OCC, sont aussi reconnues dans les ophiolites du Québec, malgré le fait qu’elles aient subi deux phases de déformation post-obduction. Les âges U-Pb et 40Ar/39Ar de l’ophiolite de Thetford-Mines indiquent que l’obduction (s.s.) s’est étalée sur ~15 Ma. Malgré un écart d’âge de ≥300 Ma, les ophiolites des Dinarides et des Appalaches présentent plusieurs similitudes lithologiques et structurales, y compris i) une couverture sédimentaire discordante de bassin « piggyback » synobduction et ii) des structures d’extension précoce ayant permis le drainage d’intrusions magmatiques et/ou de fluides hydrothermaux à différents niveaux de la croûte. Les deux séries sont porteuses de minéralisations en Cr, en EGP, en Ni et en sulfures synvolcaniques de type Chypre, ces dernières étant à l’origine de la mine Munella en Albanie.

L’existence d’ophiolites archéennes est un des éléments-clés du débat sur la nature de la tectonique archéenne. L’absence de roches mantelliques et d’évidences supportant un déplacement important des séries océaniques archéennes militent en défaveur du principe d’uniformitarisme pour la Terre à l’Archéen.

15 h 20

Or orogénique : à quoi s’attendre dans les terrains de plus haut grade métamorphique?

Présentateur

Damien Gaboury

Damien Gaboury

UQAC

Détails de la conférence

L’or provenant de gisements de type « orogénique » représente ~75 % de la production mondiale. Ces gisements sont distribués dans des ceintures volcano-sédimentaires métamorphisées principalement aux faciès des schistes verts (assemblage à chlorite), d’âge archéen à phanérozoïque. Ils prennent la forme de veines de quartz-carbonates contenant peu de sulfures (pyrite +/- arsénopyrite) dans des zones de cisaillement caractérisées par un alignement des phyllosilicates (schistosité), avec des altérations en séricite, en chlorite et en carbonates de fer. L’abondance des veines de quartz résulte du comportement cassant dans la zone sismogénique, induit par la forte pression des fluides. Les mouvements sismiques génèrent des ouvertures où la dépressurisation des fluides provoque la précipitation du quartz (formation de veines). Le pendage des zones de cisaillement minéralisées est vertical à modéré (>45°) et l’extension en profondeur de la minéralisation est kilométrique (>2 km).

Dans les terrains au faciès supérieur des schistes verts, où la biotite et l’actinote sont présentes dans les plans de schistosité des zones de déformation, le minerai renferme beaucoup moins de veines de quartz. Ces veines sont de faible puissance, boudinées et démembrées. Les carbonates sont communément absents. La pyrite coexiste avec la pyrrhotite; les deux sulfures possèdent la même signature en métaux traces, démontrant qu’ils sont cogénétiques. Ces caractéristiques s’expliquent par une température plus élevée du métamorphisme. Un comportement plus ductile que cassant au sein des zones de cisaillement, avec moins d’ouvertures, limite la précipitation du quartz sous forme de veines et celle des carbonates. Les altérations en séricite (K) et en chlorite (Fe) sont remplacées par un seul minéral : la biotite (K-Fe), stable à plus haute température. La géométrie des cisaillements minéralisés varie de verticale à subhorizontale. L’extension en profondeur de la minéralisation est dépendante de la proximité du faciès des amphibolites.

Dans le faciès des amphibolites, où par définition la hornblende est présente, la déformation est ductile et s’exprime par un alignement des silicates (foliation). La possibilité de concentrer des fluides hydrothermaux dans des zones de déformation asismiques est très limitée. Par conséquent, les gisements correspondent soit à des minéralisations anciennes métamorphisées et remobilisées, soit à des événements rétrogrades avec des altérations hydrothermales exprimées par des phyllosilicates. Le faciès métamorphique, défini par la température, contrôle les caractéristiques minéralogiques, géométriques et les possibilités d’extension en profondeur des minéralisations aurifères. Les gisements Lapa (Néoarchéen, Canada), Boungou (Paléoprotérozoïque, Burkina Faso), WG-03 (Néoprotérozoïque, Soudan) et Macreas (Phanérozoïque, Nouvelle-Zélande) seront utilisés comme exemples.

15 h 50

Applications d’un modèle de carapace stagnante instable pour expliquer la géologie et la métallogénie de l’Archéen

Présentateurs

Jean Bédard

Jean Bédard

CGC-Q

Lyal Harris

Lyal Harris

INRS

Détails de la conférence

Une révision critique montre que les faciès volcaniques, plutoniques, métamorphiques et sédimentaires des terrains archéens ne ressemblent pas aux roches typiques des terrains d’arc et de ride modernes. Ceci réfute la présomption que la tectonique des plaques était omniprésente à l’Archéen. Nous évaluons un modèle impliquant la déstabilisation périodique d’une carapace stagnante (comme sur Vénus). Les phases stables correspondraient à des périodes de convection stratifiée dans le manteau. Le manteau supérieur serait géochimiquement appauvri, ayant généré des magmas basaltiques lors des basculements mantelliques précédents. Le gradient thermique avec la surface produirait des courants de convection, qui refroidiraient et densifieraient progressivement le manteau supérieur. Au contraire, le manteau inférieur non appauvri deviendrait progressivement moins dense avec le temps, parce qu’il se réchaufferait, ayant gardé ses éléments radioactifs (U-Th-K). Éventuellement, après environ 100 à 300 Ma, il y aurait une inversion de densité, produisant d’immenses remontées du manteau inférieur pendant des périodes de 50 à 150 Ma. La décompression du manteau chaud et fertile produirait les effusions de basaltes tholéiitiques qui dominent dans les ceintures de roches vertes. En plus des effusions ensialiques typiques, ces basaltes auraient aussi constitué une épaisse croûte océanique mafique rarement préservée. Les basaltes archéens montrent peu ou pas de changement de composition dans le temps et semblent provenir d’un réservoir mantellique uniforme, peu appauvri et très différent de celui générant les basaltes de ride modernes. La longue durée des remontées et leurs répétitions périodiques permettraient la refusion et la cannibalisation progressive de croûtes préexistantes pour produire des TTG, des suites calco-alcalines et, éventuellement, la croûte continentale. Ce recyclage et cette distillation crustale auraient lieu à l’aplomb des remontées mantelliques à chaque basculement du manteau. L’écoulement radial mantellique à ces remontées a aussi le potentiel de désagréger les blocs et agrégats continentaux antécédents, produisant des bassins de rift propices aux dépôts de Ni-Cr komatiitiques. Une désagrégation plus complète créerait des bassins océaniques éphémères (Abitibi?). Les courants latéraux induits par ces basculements mantelliques mettraient aussi en mouvement des continents distaux, en poussant sur les profondes quilles lithosphériques qui sous-tendent les cratons, créant ainsi des orogènes accrétionnaires chauds comme les secteurs sud et ouest de la Province du Supérieur. Dans ces orogènes, des gîtes d’or se développeraient le long des failles guidant le passage de fluides métamorphiques. Une comparaison avec Ishtar Terra sur Vénus montre que de tels orogènes accrétionnaires peuvent se former en l’absence de rides et d’arcs.

16 h 20

Les structures cachées énigmatiques de la croûte profonde et du manteau supérieur associées à la minéralisation en Au et Ni-Cr-Cu-EGP dans la Province du Supérieur – nouvelles données, interprétations tectoniques et cibles d'exploration

Présentateur

Lyal Harris

Lyal Harris

INRS

Détails de la conférence

Les structures de longue durée dans la croûte profonde et le manteau supérieur (manteau lithosphérique subcontinental ou MLSC) exercent un contrôle primaire sur l’architecture cratonique et la localisation des gîtes minéraux dans divers contextes tectoniques. Les structures dans le MLSC métasomatisé et dans la croûte profonde peuvent concentrer la circulation de fluides mantelliques riches en éléments volatiles et de magmas liés à une variété de types de gîtes minéraux; leur réactivation crée des structures encaissantes pour la minéralisation dans la croûte moyenne à supérieure.

Les données aéromagnétiques pour la Province du Supérieur, rehaussées pour mettre en valeur les éléments de la croûte profonde et du MLSC, dressent le portrait : (i) de failles rectilinéaires d’envergure régionale et de bordures de blocs distincts et compétents de granulites mafiques et felsiques, orientées à un angle prononcé par rapport aux structures cartographiées à l’échelle régionale et aux limites des sous-provinces, et qui ne présentent souvent qu’une faible, voire aucune expression directe en surface, et particulièrement dans la partie ouest du Supérieur, (ii) des structures elliptiques concentriques atteignant environ 185 km de diamètre, qui sont spatialement associées à la minéralisation orogénique (Au), porphyrique, et magmatique (Ni-Cu-EGP-Cr). Les données magnétotelluriques dans l’ouest du Supérieur, en Ontario, indiquent que des failles crustales profondes +/- N-S et des structures elliptiques ont aussi une expression dans le MLSC. Les structures elliptiques ressemblent aux coronae observées sur Vénus, dont les interprétations radar et gravimétriques suggèrent qu’elles se sont formées au-dessus de plumes mantelliques. L’emplacement des corps mafiques-ultramafiques qui encaissent de la minéralisation en Ni-Cr-EGP au sein de ces structures concentriques, là où elles croisent des failles +/- N-S (structures phi), ainsi que leur localisation à la marge sud du craton du Supérieur Nord, sont cohérents avec des remontées du manteau, qui ont été reproduites en modèles numériques montrant une plume mantellique sous un craton avec une quille lithosphérique profonde. Les failles N-S précoces préservées dans la croûte inférieure sous les grandes zones E-O de cisaillement ductile dextre du Néoarchéen, en régime de décrochement ou de transpression, et d’autres failles distinctes plus jeunes, ont agi comme des conduits pour le transport de magmas dans la croûte sus-jacente et ont concentré la circulation de fluides hydrothermaux.

Les observations suggèrent un découplage dans la croûte moyenne, à savoir un profil de compétence lithosphérique en « millefeuille », avec des couches compétentes dans le MLSC ainsi que dans la croûte profonde et supérieure; les interprétations géophysiques ne peuvent être expliquées par des modèles conventionnels faisant intervenir l’accrétion d’arcs, mais tendent plutôt vers des modèles parautochtones de rifts liés à des plumes pour expliquer la formation des terrains de roches vertes archéennes. Les rehaussements géophysiques, les structures profondes nouvellement identifiées liées à la minéralisation en Au et en Ni-Cu-EGP-Cr, et le modèle alternatif à la tectonique des plaques confirmé par cette étude, ouvrent la voie pour la génération de nouvelles cibles d’exploration, y compris dans des secteurs peu ou pas affleurants.

Ces travaux de recherche ont été financés dans le cadre du programme IGC de RNCan. N. Cleven et C. Guilmette ont contribué aux interprétations dans la région de la baie James. Le logiciel Oasis Montaj® de Geosoft a été utilisé pour le traitement géophysique.