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

Résumé

La formation de Beaulieu Rapids est une séquence sédimentaire de 0,2 à 1 km d'épaisseur située au centre-sud de la Province structurale de l'Esclave. La formation représente un bassin en décrochement archéen qui s'est développé le long d'une faille majeure de direction NS. Des petits plutons de porphyres quartzo-feldspathiques à hornblende sont localisés le long de la zone de faille. Des datations U-Pb sur zircons donnent un âge approximatif de 2.6 Ga pour ces plutons. La présence de fragments de porphyres dans les conglomérats indique que la formation de Beaulieu Rapids doit conséquemment être plus jeune que cet âge. La marge ouest du basin est caractérisée par une discordance que sépare la ceinture volcanique de Rivière Beaulieu de la succession sédimentaire. Des failles NE tardives sont présentes sur les bordures nord et sud du bassin.

Structuralement, la formation est caractérisée par une foliation pénétrative NNE et par des plis en échelons dont l'orientation dominante est aussi NNE. Les plis se présentent sous la forme d'une alternance d'anticlinaux et de synclinaux localisés majoritairement dans la partie nord du bassin. Dans ce secteur, la direction de la polarité change rapidement alors que dans la partie sud du bassin les lits sont de direction nord avec une polarité généralement vers l'est. Quelques lits sont renversés mais les lits normaux sont plus communs.

Les roches sédimentaires du bassin de Beaulieu Rapids montrent deux cycles positifs qui indiquent un contrôle tectonique sur la sédimentation. Le premier cycle est représenté par l'association de faciès du conglomérat I (CFA-I: Conglomerate faciès association I) et le faciès de siltstone-grès sus-jacent (SSFA: Siltstone-sandstone faciès association). L'association de faciès du conglomérat II (CFA-II: Conglomerate faciès association H) et l'association de faciès de grès riche en quartz (QSFA: Quartz-rich sandstone faciès association) qui se trouve juste au-dessus forment ensemble le second cycle de dépôt. Le CFA-I regroupe un conglomérat à cailloux et galets massif à stratifier et un conglomérat à support de matrice. Le premier est caractérisé par des conglomérats massifs à faiblement stratifiés (faciès Gm) et à lits entrecroisés en forme de fosse (Gt) à support de fragments, des conglomérats massifs à support de matrice (Gms), une unité mineure de grès à stratifications horizontales (faciès Sh) et entrecroisées (faciès St, Sp) et une argilite (FI). Localement, les galets deviennent imbriqués et montrent une composante d'écoulement NE prononcée. Le conglomérat massif à stratifié à cailloux et galets se compose des faciès Gm, Gt, Gp, St, Sh et Sp. Le CFA-I a été déposé par coulées de débris (Gms), courants de traction (Gm-Gt-St-Sp-Sh) et coulées en feuillets respectivement sur les portions proximale, médiale et distale du cône alluvionnaire. L'association de faciès du siltstone-grès contient une sous-unité dominée par des grès et caractérisée par les faciès Sp, St, Sh et FI qui se sont formés en raison de la migration des dunes et dépôts de levée dans un environnement de plaine sableuse avec des étangs locaux. Trente-six mesures de lits entrecroisés en forme de fosse provenant de la partie sud de la région ont été prises pour l'analyse de paléocourrants. Ces mesures indiquent que l'écoulement, de façon générale, a été unimodal et parallèle au bassin. Une sous-unité dominée par le siltstone contient des exemples bien préservés de rides de vagues asymétriques (FI), de lits granoclassés et de structures d'échappement d'eau. Ces structures sédimentaires se sont développées pendant une sédimentation de sable dans un environnement lacustre. Le soulèvement résultant d'une reprise de l'activité tectonique est responsable du CFA-II qui comprend les faciès Gm, Gt, St et Sh. Cette unité faciès est interprétée comme s'étant formée en bancs longitudinaux pendant l'activité de traction de fond avec la migration prononcée des dunes dans un environnement proximal de rivières tressées. Les structures sédimentaires du faciès d'association de grès riches en quartz (QSFA) le plus élevé dans la séquence incluent les faciès St, Sh, Sp et FI en plus des surfaces d'érosion (Ss) et des lits de cailloux (Gm). Ces caractéristiques suggèrent une migration des dunes prononcée, un dépôt mineur de lamines de boue et un remplissage des surfaces chenalisées dans un environnement de rivières tressées à gradient faible mais à haute énergie. Trente-trois mesures de lits entrecroisés en auge pour l'analyse de paléocourrant montrent que l'écoulement était unimodal vers le Nord et donc parallèle au bassin.

Le comptage de points de grès effectués sur les associations SSFA et QSFA révèle que le quartz est le minéral terrigène dominant, représentant 73% des composants. Le plagioclase et le feldspath potassique combinés et les fragments lithiques représentent respectivement 14% et 13%. Le quartz est majoritairement polycristallin, ce qui signifie que le roche source était proximal au bassin sédimentaire puisque le quartz pollycristallin est diminué plus rapidement que les autres variétés. De plus, les grès ne sont pas d'origine multicyclique car le quartz monocristallin devient dominant avec les cycles sédimentaires successifs. Les roches plutoniques fournissent typiquement des proportions considérables de quartz polycristallin aux sédiments. Le plagioclase est beaucoup plus commun que le feldspath potassique et les fragments lithiques sont représentés de façon importante par des grains plutoniques et de façon mineure par des membres sédimentaires et volcaniques. Les grès de la formation de Beaulieu Rapids se retrouvent dans le champ d'orogenèse recyclée dans les diagrammes ternaires QmFLt et QFL, ce qui est typique des bassins tardifs. La prédominance des fragments lithiques sur le diagramme QmFLt résulte de la catégorisation du quartz polycristallin en tant que fragment de roche. Un influx rapide et élevé de sédiments dû au tectonisme, un taux de sédimentation élevé causant un enfouissement rapide ainsi qu'une distance de transport limitée sont les facteurs responsables du haut pourcentage de fragments lithiques dans les grès. Le quartz polycristallin est regroupé avec le quartz monocristallin dans le pourcentage total de quartz (Q) sur le diagramme QFL ce qui résulte en un pourcentage faible des fragments lithiques. Ceci suggère que la formation a été déposée dans des conditions climatiques humides parce que les minéraux labiles dans Lv et Ls sont soustraits préférentiellement par l'érosion dans les climats humides contrairement aux climats arides.

Le comptage de fragments des CFA-I et CFA-II présentent des résultats similaires à ceux obtenus à partir du procédé de comptage de point. Les fragments plutoniques et volcaniques mafïques dominent avec 38% et 42.5% respectivement alors que les volcaniques felsiques (<11%), le quartz (<8%) et les fragments sédimentaires (<0,5%) sont des composants mineurs. La région source des roches sédimentaires de la formation de Beaulieu Rapids regroupe le Complexe Gneisso-Plutonique de Sleepy Dragon, les roches volcaniques de Rivière Beaulieu, les plutons de porphyre en marge du bassin et la succession sédimentaire elle-même. La présence de fragments de roches sédimentaires dans le faciès d'association du cycle II implique le cannabalisme des sédiments du cycle I lors de la reprise de l'activité tectonique. Le bassin de Beaulieu Rapids est comparable aux bassins de décrochement modernes qui se forment le long des zones de faille majeures en terme de géométrie du bassin, des contacts de faille et de discordance, des unités lithologiques et enfin, de la succession et de l'organisation des faciès sédimentaires. Des exemples modernes de bassin de décrochement sont: (1) le bassin Hanmer, faille de Hope, Nouvelle-Zélande, (2) le Hazard Lake, faille d'East Anatolian, Turquie, (3) le bassin Ridge, faille de San Andreas, États-Unis, (4) le bassin Nadi, faille de Sovi, Fiji, (5) le bassin Kuji, faille de Taro, Japon et (6) le bassin Little Sulfur Creek, faille de Maacama, États-Unis.

La faille majeure (>300 km de long) le long de laquelle le bassin de décrochement de Beaulieu Rapids s'est développé est aussi caractérisée par une autre séquence sédimentaire qui démontre des caractéristiques lithologiques et structurales semblables. La formation de Keskarrah, située approximativement 300 km au nord de la formation de Beaulieu Rapids a récemment été interprétée comme représentant un bassin en décrochement. Plusieurs autres successions sédimentaires localisées le long du linéament NS incluent les formation de Jackson Lake (<2605Ma), le Conglomérat Kaycee (<2600Ma) et le Conglomérat James Falls (<2600Ma). Ces bassins contemporains tardi-orogéniques sont indicatifs d'un mouvement de plaque horizontal attribué parfois à des processus reliés à la subduction. Des bassins de molasse de cette nature se développent habituellement pendant la dernière phase d'accretion des terranes et peuvent ainsi représenter des mouvements tardifs sur une zone de suture archéenne.