Magmatic evolution and crustal accretion in the early proterozoic : the geology and geochemistry of the Narsajuaq Terrane, Ungava Orogen, Northern Quebec

Abstract

L'évolution géochimique de la terre doit être abordée par l'étude de sections crustales et de réservoirs mantelliques de différentes compositions à différentes époques géologiques. Ce type de travail doit se concentrer sur révolution d'une suite de roches d'un âge particulier et la comparer ensuite avec des suites d'autres époques géologiques. Le travail présenté dans cette thèse de doctorat se focalise sur des séquences du Protérozoique inférieur (1.8 - 2.0 Ga). Cette époque représente une importante période d'accrétion et de croissance globale des boucliers continentaux. Les articles présentés dans cette thèse traitent de révolution magmatique, ainsi que de 1'accrétion crustale à l'intérieur de l'Orogène de l'Ungava (nord du Québec) d'âge Protérozoïque inférieur. Caractériser la composition de la croûte continentale est essentiel pour comprendre révolution géochimique de la terre. Cet aspect est l'objet du premier chapitre de la thèse, ce dernier décrivant la géologie et la géochimie du terrane de Narsajuaq. Ce terrane représente la racine d'un complexe magmatique d'arc du Protérozoïque inférieur soudé à la marge de la Province du Lac Supérieur vers 1.82 Ga. Le terrane de Narsajuaq est constitué de quatre suites plutoniques différentes couvrant à elles seules plus de 150 Ma d'activité magmatique. Les plutons les plus âgés du terrane de Narsajuaq se trouvent dans la suite "Cape Smith". Celle-là contient des intrusions représentant plus de 60 Ma d'activité plutonique, de 1898 à 1839 Ma. Les plutons de la suite "Cape Smith" sont de composition dioritique, tonalitique et granitique, d'affinités essentiellement calco-alcalines, avec quelques échantillons tholéiitiques. Des enrichissements faibles à modérés de LILE (les éléments hygromagmatophile) et de terres rares, ainsi que des anomalies négatives de Nb et Ti caractérisent ces plutons. La signature isotopique de cette suite est bien définie avec e^ inidal = +3.2 à +1.5 et un rapport 87Sr/86Sr, de 0.7020 - 0.7024. Les plutons de cette suite ont été formés par fractionnement d'une source mantellique légèrement enrichie en LILE et terres rares légères, accompagnée d'une faible composante de contamination crustale attribuée à la subduction de sédiments. Ces plutons recoupent surtout la croûte océanique mafique des Groupes de Watts, Parent et Spartan. La suite dominante du terrane de Narsajuaq, nommée "Older suite", est formée d'une séquence rubanée de dionte-tonalite-granite. Cette séquence présente des concentrations plus élevées et plus variables de LILE et de terres rares que la suite "Cape Smith". Les compositions isotopiques de la "Older suite" sont aussi plus variables que celles de la suite "Cape Smith", avec un e^ initial de +4.0 à -10.7 et un rapport 87Sr/86Sr, de 0.7025 - 0.7048. La "Older suite", mise en place de 1863 à 1844 Ma, est en partie contemporaine de la suite "Cape Smith", n’est postulé que la "Older suite" a été formée sur un fragment de croûte continentale archéene ayant interagi avec des magmas ascendants, produisant ainsi le large spectre de signatures géochimiques et isotopiques observé. Une série de plutons homogènes de tailles kilométriques recoupe la "Older suite" et constitue la suite nommée "Younger suite". Ces plutons ont été mis en place principalement de 1836 à 1821 Ma, avec une série plus jeune se présentant sous forme d'épanchements granitiques très étendus datant de 1803 -1800 Ma. La "Younger suite", composée de plutons de diorite, tonalité et granité, a une signature isotopique et géochimique similaire à la "Older suite". Cependant, les valeurs de e^ initial et de 87Sr/^ Sr, varient plus largement dans la "Younger suite". Ces deux suites de roches semblent avoir une une pétrogénèse et une évolution globalement similaire. Une série distincte de plutons de monzodiorite située presque exclusivement dans la "Younger suite", contient des concentrations très élevées de LILE et de terres rares légères, et a des patrons de terres rares très fractionnés. La fusion pardelle d'une source mantellique enrichie peut expliquer leur signature géochimique. Nous suggérons que la fusion partielle résulte de la délamination d'une plaque subductée, combinée à la remontée de manteau asthénosphénque. Ce dernier aurait été modifié par la subduction, après une0 vil inversion de la géométrie de la zone de subduction entre 1844 et 1836 Ma. Les plutons granitiques les plus jeunes de la "Younger suite" (IVUJ et CNF) contiennent de fortes concentrations de LILE et de terres rares légères. Ils ont des compositions isotopiques qui indiquent un apport significatif d'une composante cmstale (e^d = -4.9 à -6.2 (FVUJ) et -17.5 à -18.5 (CNF)). Ces granites furent mis en place durant les étapes tardives de l'accrétion de l'arc magmatique sur la marge de la Province du Lac Supérieur. Leur generation est attribuée à la fusion partielle de la croûte, causée par l'épaississement tectonique et par l'inïïux de fluides au métamorphisme rétrograde subi par la croûte. La suite nommée "Late suite" se compose d'une série de dykes de syénogranite pegmatitique non-métamorphisés et non-déformés. Ceux-ci recoupent toutes les unités de l'orogène ainsi que de rares plutons granitiques situé essentiellement dans le terrane de Narsajuaq. Cependant, il est à noter que seul un pluton granitique recoupe toute les unités tectono-stratigraphiques. Les dykes de pegmatite ont été mis en place il y a 1758 Ma, alors que les plutons granitiques semblent légèrement plus jeunes, un pluton ayant été daté à 1742 Ma. Une étude géochronologique détaillée de ce pluton (pluton du Lac Duquel) est l'objet du chapitre 4. Cette étude, effectuée à l'aide de la technique de l'abladon par laser ICP-MS, a permis l'identification de zircons hérités, ayant des âges de 1.7 à 3.2 Ga. Plus de 80% de ces âges correspondent à ceux des roches environnantes. Cette étude géochronologique illustre le potentiel de la méthode d'analyse de l'ablation par laser ICP-MS pour déterminer l'histoire crustale d'un pluton granitique. Les données géochimiques, isotopiques et géochronologiques des plutons de la "Late suite" indiquent que l'anatexie crustale est le principal mécanisme ayant produit ces plutons. J Une section crustale composite de 15-20 km d'épaisseur du terrane de Narsajuaq est présenté. Les roches platoniques et sédimentaires de Narsajuaq représentent une section de profondeur intermédiaire d'une croûte d'arc magmatique du Protérozoique inférieur. La parde supérieure de la section crustale est manquante. Cependant, les roches volcaniques du Groupe de Parent pourraient représenter cette dernière. Les métasédiments du Groupe de Sugluk, ainsi que les grandes intrusions granitiques, sont plus abondants vers le sommet de la section crustale, alors que les plutons mafiques sont plus communs vers la base de la section. La détermination de la composition géochimique composite du terrane de Narsajuaq est en cours. Le but est de comparer la composition globale de cette croûte du Protérozoïque inférieur avec des sections de croûtes archéennes et phanérozoïques, afin d'évaluer les variations géochimiques séculaires, au cours du Précambrien principalement, et un particulier à la transition Archéen-Protérozoïque. Une décroissance du rapport (La/Yb)n et un appauvrissement global des terres rares lourdes documentées dans les roches post-Archéennes sont corroborées par les données de la présente étude. Ces variations résulteraient d'un changement fondamental du processus de génération magmatique, allant de la fusion de plaques subductées jusqu'à la fusion du manteau sus-jacent, conséquences du refroidissement séculaire de la terre. Nous désirons poursuivre l'investigation de ces variations géochimiques temporelles pour pouvoir, entre autres, évaluer la signification de la transition Protérozoïque-Archéen.