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

Résumé

Les études de pression et température en pétrologie métamorphique peuvent être faussées par la diffusion rétrograde. Par exemple, Spear (1991) a démontré que le thermomètre grenat-biotite, basé sur la partition des ions de Fe-Mg, est capable de sous-estimer les températures jusqu'à 200°C parce qu'il se produit de la diffusion rétrograde entre le grenat et le biotite. Holdaway et Mukhopadhyay (1993) ont dit que les géothermomètres d'échange sont facilement rééquilibrés aux températures des granulites. Ainsi, tous les géothermobaromètres ont enregistré des pressions et températures trop basses à cause de la diffusion; et ceux qui, comme le thermomètre biotite-grenat, font intervenir un échange Fe-Mg sont spécialement sensibles à l'échange rétrograde des cations. Un des objectifs de cette thèse est d'étudier l'importance et les effets de rééquilibration en fonction de la taille des grains des minéraux.

Le deuxième objectif principal de cette thèse est de développer l'évolution et la trajectoire de pression-température-temps pour le complexe gneissique de Bondy (CGB) et pour la zone de déformation de Nominingue-Chénéville (NCDZ). Cela inclut l'analyse des zircons, des monazites, des titanites, des rutiles et des biotites pour trouver la date du maximum de température métamorphique, et le calcul des taux de refroidissement et de soulèvement.

La Ceinture Métasédimentaire Centrale (CMC) représente une croûte jeune dans la Province Grenville. Le terrain d'étude est situé dans la Réserve Faunique de Papineau-Labelle à 100 km au nord de la rivière Ottawa entre Ottawa et Montréal. Il contient le plus grand terrain granulitique de la CMC appelé "complexe gneissique de Bondy". Ce complexe qui est un dôme granulitique domine les deux tiers ouest de la carte. Il contient principalement des orthogneiss avec quartzites, un pluton tonalitique et des metapelites. La zone de déformation de Nominingue-Chénéville, orientée nord-sud, coupe les structures du CGB à l'est de la carte. Des complexes monzonitique-dioritiques se sont mis en place syntectoniquement dans la ZDNC entre 1167 et 1164 Ma.

Les textures et les caractéristiques de la migmatisation varient beaucoup à partir i) de leucosomes granitiques entourés par des niveaux riches en grenats et des melanosomes riches en biotite, ii) à des minces (<lmm) traînées de leucosomes discontinus, iii) à des couronnes felsiques qui enveloppent les grenats, iv) jusqu'à des leucosomes continus d'épaisseur supérieure à 1 cm. Plusieurs lames minces contiennent des porphyroblastes de feldspath-K et de plagioclase avec des renfoncements et des inclusions de biotite et de quartz qui indiquent que ces porphyroblastes ont grandi pendant une réaction qui a produit un fondu.

L'assemblage biotite - plagioclase - quartz se trouve dans chaque lame mince et chaque affleurement. Le travail de Vielzeuf et Montel (1994), sur la réaction biotite + plagioclase + quartz = orthopyroxène + grenat + feldspath-K + Fondu, donne une limite de température maximum inférieure à 980°C. Un affleurement contient des grenats avec des inclusions de spinel dans les bordures, qui suggèrent la réaction spinel + quartz = grenat + aluminosilicate; ce qui implique donc températures maximales supérieures à 850°C. L'absence de kyanite limite la pression à moins que 95 à 110 MPa entre 850 et 970°C. L'absence d'osumilite suggère une pression supérieure à 85 MPa.

L'assemblage de kornerupine - orthopyroxène - tourmaline - cordiérite - plagioclase s'est développé dans le CGB. Il y a des inclusions d'orthopyroxène et de tourmaline dans les cristaux de kornerupine; cela implique la réaction tourmaline + orthopyroxène + cordiérite = kornerupine + plagioclase pour la production de kornerupine. Des assemblages biotite - grenat et grenat - orthopyroxène ont été utilisés comme géothermomètres, et des assemblages grenat - orthopyroxène, grenat - aluminosilicate - silice - plagioclase (GASP), grenat - aluminosilicate - spinel - quartz, et cordiérite - grenat - aluminosilicate - quartz comme géobaromètres.

Corriveau et al. (1995) ont proposé que le complexe gneissique de Bondy est le produit d'une altération hydrothermale. Les plagioclases du CGB ont des compositions très diverses (entre An25 et Anss), possiblement à cause de cette altération hydrothermale. Les analyses de spinel (CGB) sont similaires à celles de la littérature qui proviennent d'autres parties de l'orogène grenvillien tel que reconstruit à 0.8 Ga par Dalziel 1991; Hoffman 1991; Moores 1991; Young 1992. La cordiérite, l'orthopyroxène et le spinel ont été observés dans la CGB, mais pas dans la ZDNC; la calcite a été observée seulement dans le ZDNC. Ces différences minéralogiques entre le CGB et la ZDNC sont probablement dues à l'écoulement d'un fluide dans le ZDNC pendant la déformation qui a introduit le carbonate et le Ca. Des projections AFM démontrent aussi cette diversité entre ces deux domaines tectonostratigraphiques. Les grenats du CGB sont jusqu'à 20% plus riches en Mg que ceux de la ZDNC, et les biotites du CGB sont aussi jusqu'à 30% plus riches en Mg que celles de la ZDNC.

Les grenats sont les seuls minéraux où on trouve des profils de zonation réguliers. Dans le coeur d'un grenat qui n'a pas d'inclusions, le pourcentage molaire du grossulaire augmente vers le centre alors que celui du pyrope reste constant. Indares et Martignole (1990a) ont proposé que cette forme est due à une décompression isothermique; ce qui s'accorde avec les évidences structurales d'extension dans la ZDNC.

Typiquement, les pourcentages molaires de l'almandin augmentent vers le coeur des grenats, avec une diminution correspondante des valeurs du pyrope. Spear (1991) a développé un modèle d'évolution de la zonation des minéraux. Pendant la première étape de croissance, les minéraux développent un profil en cloche. Si les conditions métamorphiques maximales sont supérieures à 650°C, le grenat devient homogène et le profil s'aplatit (deuxième étape). Avec des taux refroidissement faibles (<10°C/Ma), les profils redeviennent en cloche (troisième étape). Dans cette étape, si les taux de refroidissement sont rapides (>100°C/Ma), les profils formeront des cloches peu marquées. Pendant la dernière étape, les grenats développent un profil plat; si ces minéraux sont assez petits, ils deviennent homogènes. Dans notre étude, les températures maximales sont supérieures à 650°C, avec un taux de refroidissement plus lent que 10°C/Ma en bas de 650°C, alors les profils de zonation des grenats qui ont la forme d'une cloche suggèrent que ces grenats ont subi un échange rétrograde des cations (étape 3). Les grenats plus petits que 3.5 mm2 seraient rehomogénéïsés (étape 4).

Pour examiner les effets de ces échanges rétrogrades de cations sur les géothermomètres, les résultats du thermomètre biotite-grenat ont été placés en fonction de la taille des grenats. Une tendance générale est visible: les plus petits grenats enregistrent des températures plus basses que les plus grands grenats. Les grenats plus petits que 15 mm2 enregistrent des températures entre 100 et 55O°C plus basses que la température de 950°C proposée comme température maximale. De façon inattendue, les températures les plus élevées sont obtenues par des grenats de taille moyenne sans inclusions. Les plus gros grenats sont pleins d'inclusions de biotite, de spinel et d'ilmenite qui ont créé des domaines de diffusion plus petits, et qui ont ainsi augmenté les effets d'échange rétrograde des cations. La température maximale de 950°C est supportée par les résultats du géothermomètre orthopyroxène-grenat. Le travail de Vielzeuf et Montel (1994) limite l'activité de l'eau à moins de 0.2 à 950°C.

La pression maximale de métamorphisme a été atteinte à ^ H 8 6 ± 4 Ma en même temps que le température maximale de métamorphisme parce que le diagramme pression - température indique une décompression isothermique, confirmée par l'extension tectonique et les profils des grenats. Ainsi, la pression de 100 à 105 MPa à 950°C, obtenue des baromètres de l'Ai dans l'orthopyroxène et de grenat - aluminosilicate ? silice - plagioclase, est proposée comme la pression maximale pour la région. Des résultats du baromètre spinel - grenat ont donné une pression de 84 MPa à 950°C. La position des inclusions de spinel sur les profils des grenats suggère que cette réaction avait lieu vers la fin de la décompression isothermique, en conséquence, cette pression de 84 MPa fournit une limite inférieure de pression pour la décompression isothermique.

Durant sa trajectoire rétrograde, le CGB s'est soulevé à un taux de 25 mm/an par rapport à la ZDNC (5 mm/an), qui, étant donné la compétence plus grande du CGB, a concentré l'épisode de déformation et de plutonisme (1167 à 1157 Ma). En conséquence, après la décompression isothermique et l'extension, les histoires de refroidissement du CGB et de la ZDNC ont divergé. Initialement, la ZDNC a refroidi plus lentement de 14.7 à 9.5°C/Ma que le CGB de 25 à 5°C/Ma, probablement à cause de la chaleur ajoutée par l'injection de magma. Cela se reflète dans les trajectoires de pression - température; la trajectoire rétrograde de la ZDNC est systématiquement 5 à 10 MPa plus élevée en pression que celle du CGB. Les courbes de refroidissement montrent cette divergence dans l'histoire de le CGB et de la ZDNC, les titanites de la ZDNC sont déplacées à des ages plus jeunes (i.e., refroidissement plus lent) que celles du CGB. Après l'injection de magma dans la ZDNC, le taux de soulèvement dans le CGB et la ZDNC était de 0.03 mm/an.

Un modèle tectonique a été développé pour la région de Mont Laurier. Avant 1186 Ma, il y avait une compression créée par la collision entre les terrains Elzevir, Frontenac et Laurentia. Les contraintes et les chevauchements ont bâti les conditions nécessaires pour établir des pressions de 100 à 105 MPa et des températures de 950°C. Après 1186 Ma, avec la poursuite des chevauchements, des conditions d'extension ont commencé à se développer dans les parties distales des nappes crustales et l'emplacement syntectonique des complexes de monzonite - diorite dans la ZDNC s'est produit entre 1167 et 1164 Ma.

Bohlen (1987) a proposé un champ de pression et de température pour une "granulite générale". Mais, comme le montrent Harley et Hensen (1990), il y a beaucoup de terrains granulitiques qui ne tombent pas dans ce champ. La région de Mont Laurier est un de ces terrains, la température maximum de 950°C et la pression maximum de 100 à 105 MPa place cette région dans des conditions de très haute température et de pression moyenne.

Il y a beaucoup de ressemblances dans les conditions de pression et de température, dans les trajectoires de pression et température, dans les lithologies, dans la chimie, dans la chronologie, et dans la tectonique entre la région de Mont Laurier de la province de Grenville et des régions d'Antarctique, de Madagascar, de l'est de l'Inde, et d'Australie, qui étaient réunies dans le même continent à 0.8 Ga (Dalziel 1991 ; Hoffman 1991; Moores 1991; Young 1992). Entre les Himalayas et le Grenville, il y a aussi beaucoup de ressemblances (Dewey and Burke 1973; Baer 1976; Davidson et al. 1982; Windley 1986; Hanmer 1988; van der Pluijm and Carlson 1989). Leurs coupes transverses sont très similaires, avec des tectoniques convergentes. L'arc Kohistan et le CMC sont des arcs insulaires qui ont été serrés entre deux continents.

Tel que discuté par Harley et Hensen (1990), c'est dangereux d'essayer de trop simplifier, mais il est possible que toutes ces régions aient connu des taux de refroidissement et de soulèvement qui ressemblent à ceux calculés ici. Aussi, le Grenville, l'Araku du Ghats en Inde (Sengupta et al. 1991), le Series Highland au Sri Lanka (Schumacher et al. 1990), Madagascar (Nicollet 1988), et les Himalayas ont tous eu une croûte surépaissie. La méthode d'analyse des résultats d'un thermomètre en fonction de la taille des minéraux pour établir les températures maximales dans les conditions de haut grade métamorphique, développée ici, est peut-être applicable dans ces autres terrains granulitiques.

La température et la pression maximale de cette région est de 950°C, et de 100 à 105 MPa respectivement. Ces conditions élevées ont soumis les grenats à des effets de diffusion rétrograde des cations. Ces changements ont influencé les résultats des géothermomètres, les petits grenats (<3.5mm2) ont enregistré des températures jusqu'au 550°C plus basses que la température maximale. Les grenats entre 3.5 et 15 mm2 ont enregistré des températures entre 100 et 55O°C plus basses que la température maximale. Les grenats moyens (entre 15 et 50 mm2), sans inclusions, ont enregistré les températures les plus élevées. Les taux de refroidissement sont inférieurs à 10°C/Ma pour des températures inférieures à 7Q0°C. Ces faibles taux de refroidissement ont augmenté les effets de diffusion rétrograde des cations.