Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Les massifs anorthositiques protérozoïques contiennent de nombreuses minéralisations en Fe-Ti-V-P, qui constituent des sources potentielles de minéraux critiques et stratégiques. Cependant, leurs formations et leurs distributions au sein des massifs anorthositiques demeurent mal comprises, ce qui complique leur exploration. Dans la Province de Grenville, la Suite anorthositique de Lac-Saint-Jean (SALSJ ; 1,16 – 1,14 Ga) est hôte de nombreux indices de Fe-Ti-V-P (ex. Lac à Paul, Saint-Charles-de-Bourget, Bégin-Lamarche).

Cette étude se concentre dans la marge sud de la SALSJ, autour d’un corridor minéralisé NNE-SSW (large d’environ 5 km) situé entre les secteurs de Saint-Charles-de-Bourget et Bégin-Lamarche, qui comprend également deux mégadykes (ferrodiorite et leucotroctolite) des âges similaires à la SALSJ. Le but de cette étude est de mieux comprendre le lien entre les minéralisations Fe-Ti-V-P et les roches anorthositiques hôtes, en combinant la cartographie détaillée des faciès anorthositiques, des analyses pétrographiques et lithogéochimiques, ainsi que la chimie minérale de plagioclase par fluorescence X portative (XRFp) et d’orthopyroxènes par spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif avec ablation laser (LA-ICP-MS).

Trois transects E–W, centrés sur le corridor minéralisé et perpendiculaire au grain structural régional, ainsi que l’étude de deux carottes de forage de la zone minéralisée de Bégin-Lamarche, ont été réalisés pour cette étude. Les lithologies dominantes identifiées sont : l’anorthosite, la leuconorite, la (leuco)troctolite, la leucogabbronorite, ainsi que les dykes de ferrodiorite, de (leuco)gabbronorite et de leucotroctolite. La minéralisation se présente sous forme de lentilles d'oxydes massifs (Fe-Ti-V : magnétite-ilménite) et de nelsonite massive ou rubanée (Fe-Ti-P : magnétite-ilménite-apatite), généralement avec olivine (10 – 20 %). À Bégin-Lamarche, la gabbronorite à oxydes et apatite et la troctolite à oxydes et apatite sont également fréquentes.

La chimie des plagioclases a permis de distinguer trois domaines dans la zone d’étude. Le domaine central (corridor minéralisé) est caractérisé par la minéralisation Fe-Ti-V-P et les roches encaissantes (anorthosite, leucotroctolite, leuconorite et leucogabbronorite), les dykes de ferrodiorite et de leucotroctolite. Dans ce domaine, les plagioclases varient de l’andésine à la labradorite (An 41 – 55) avec des teneurs en Sr relativement élevées (Sr = 0,1 – 0,13 %). La zone minéralisée, composée des roches anorthositiques dans un rayon de moins de 200 m autour de la minéralisation, se distingue par des plagioclases exclusivement de type andésine (An 36 – 47) avec des teneurs en Sr similaires (0,1 – 0,13%). Dans la minéralisation Fe–Ti–V–P, certains plagioclases présentent des teneurs en Sr similaires à celles de la zone minéralisée, tandis que d’autres se distinguent par des teneurs en Sr encore plus élevées (Sr ≥ 0,15), signature typique de massifs anorthositiques plus jeunes (ex. Anorthosite de Vanel, 1080 Ma). À l’est et à l’ouest du corridor minéralisé (domaine est-ouest), les roches régionales encaissantes sont dominées par la leuconorite, avec quelques bandes de leucotroctolite et une moindre proportion de leucogabbronorite. Leurs plagioclases, de composition variant de l’andésine à la labradorite (An 45 – 61), présentent des teneurs en Sr systématiquement plus faibles (Sr = 0,07 – 0,1 %) et similaires à la marge est de la SALSJ. Ces contrastes, spécialement en Sr, suggèrent la présence d’injections magmatiques distinctes comme source de la minéralisation en Fe-Ti-V-P dans cette zone. Cette étude démontre clairement le potentiel du XRF portable comme outil efficace de vectorisation vers les zones prospectives des suites anorthositiques, plus particulièrement dans la marge sud du SALSJ, pour la minéralisation Fe-Ti-V-P, en utilisant la chimie du plagioclase (Sr > 0,1 % ; An < 50).

La chimie de l’orthopyroxène ne montre aucune différence significative entre les domaines central et est-ouest. Les cumulâts anorthositiques, les dykes et les minéralisations Fe-Ti-V-P présentent des orthopyroxènes avec des teneurs en Al2O3 variant de 3,5 à 1,2 %, et des Mg# compris entre 73 et 59, indiquant une cristallisation à pressions moyennes à faibles (0,1 – 6 kbar). Enfin, les données de la chimie minérale (plagioclase et orthopyroxène) de cette étude suggèrent que la cristallisation fractionnée est le principal processus ayant contrôlé la composition des plagioclases dans la SASLJ contrairement au modèle suggéré dans la littérature pour la formation de l’anorthosite de Rogaland (Norvège), où la cristallisation polybarique a été identifiée comme le principal contrôle de la calcicité de plagioclase.

Proterozoic anorthosite massifs host numerous Fe–Ti–V–P mineralization, which represent potential sources of critical and strategic minerals. However, their formation and distribution within anorthosite massifs remain poorly understood, complicating exploration. In the Grenville Province, the Lac-Saint-Jean Anorthosite Suite (SALSJ; 1.16–1.14 Ga) hosts numerous Fe–Ti–V–P occurrences (e.g., Lac à Paul, Saint-Charles-de-Bourget, Bégin–Lamarche).

This study focuses on the southern margin of the SALSJ, around a NNE–SSW-trending mineralized corridor (~5 km wide) located between the Saint-Charles-de-Bourget and Bégin–Lamarche areas, which also includes two megadykes (ferrodiorite and leucotroctolite) with ages similar to the SALSJ. The aim of this study is to better understand the relationship between Fe–Ti–V–P mineralization and the host anorthositic rocks by combining detailed facies mapping, petrographic and lithogeochemical analyses, as well as plagioclase mineral chemistry acquired by portable X-ray fluorescence (pXRF) and orthopyroxene chemistry by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA–ICP–MS).

Three E–W transects, centered on the mineralized corridor and perpendicular to the regional structural grain, as well as the study of two drill cores from the Bégin–Lamarche mineralized zone, were carried out. The dominant lithologies identified are anorthosite, leuconorite, (leuco)troctolite, leucogabbronorite, as well as ferrodiorite, (leuco)gabbronorite and leucotroctolite dykes. Mineralization occurs as lenses of massive magnetitite (Fe–Ti–V: magnetite–ilmenite) and massive to banded nelsonite (Fe–Ti–P: magnetite–ilmenite–apatite), generally with olivine (10 – 20%). At Bégin–Lamarche, oxide- and apatite-bearing gabbronorite and troctolite are also common.

Plagioclase chemistry allowed discrimination of three domains within the study area. The central domain (mineralized corridor) is characterized by Fe–Ti–V–P mineralization and its host rocks (anorthosite, leucotroctolite, leuconorite and leucogabbronorite), as well as ferrodiorite and leucotroctolite dykes. In this domain, plagioclase compositions range from andesine to labradorite (An 41 – 55) and display relatively high Sr contents (Sr = 0.10 – 0.13 wt.%). The mineralized zone, defined by anorthositic rocks within less than 200 m of the mineralization, is distinguished by exclusively andesine-type plagioclase (An 35 – 47) with similar Sr contents (0.10 – 0.13 wt.%). Within the Fe–Ti–V–P mineralization, some plagioclases show Sr contents comparable to those of the mineralized zone, whereas others are characterized by even higher Sr contents (Sr ≥ 0.15 wt.%), a signature typical of younger anorthosite massifs (e.g., the Vanel Anorthosite, 1080 Ma). East and west of the mineralized corridor (eastern–western domain), the regional host rocks are dominated by leuconorite, with some bands of leucotroctolite and a lesser proportion of leucogabbronorite. Their plagioclases, ranging from andesine to labradorite (An 45 – 61), exhibit systematically lower Sr contents (Sr = 0.07 – 0.10 wt.%), similar to those of the eastern margin of the SALSJ. These contrasts, particularly in Sr, suggest the presence of distinct magmatic injections as the source of Fe–Ti–V–P mineralization in this area. This study clearly demonstrates the potential of portable XRF as an effective vectoring tool toward prospective zones in anorthosite suites, particularly in the southern margin of the SALSJ, for Fe–Ti–V–P mineralization, using plagioclase chemistry (Sr > 0.1%; An < 50).

Orthopyroxene chemistry shows no significant differences between the central and eastern–western domains. Anorthositic cumulates, dykes and Fe–Ti–V–P mineralizations display orthopyroxenes with Al2O3 contents ranging from 3.5 to 1.2 wt.% and Mg# values between 73 and 59, indicating crystallization at moderate to low pressures (0.1 – 6 kbar). Finally, mineral chemistry data (plagioclase and orthopyroxene) and P2O5 contents from this study suggest that fractional crystallization was the main process controlling plagioclase composition in the SALSJ, in contrast to the model proposed in the literature for the formation of the Rogaland anorthosite (Norway), where polybaric crystallization has been identified as the main control on the An content of plagioclase.