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

Résumé

L'objectif de cette étude était de définir les changements géochimiques correspondant aux variations texturales observées dans les bordures de coussins archéens et de les comparer à celles des coussins récents.

La région de l'étude est située dans la Sous-Province de l'Abitibi, environ 40 km au nord de Rouyn-Noranda, dans le Canton d'Aiguebelle du nord-ouest du Québec (figure 1). Elle fait partie de la Formation de Deguisier du Groupe de Kinojévis.

La région fut étudiée en détail par Yves Sanschagrin et Maxime Leduc sous la direction d'Erich Dimroth dans le cadre d'un contrat du M.E.R.Q. et d'études de maîtrise (Sanschagrin et Leduc 1979, Sanschagrin 1981, Leduc 1981). La coulée étudiée se trouve sur le terrain de Sanschagrin (1981) qui a défini 18 coulées de basaltes tholéiitiques métamorphisés au faciès préhnite-pumpellyite (figure 3). Ces coulées comprennent des faciès massifs coussinés et bréchiques.

Deux affleurements de la coulée 9, qui montre les faciès massifs et coussinés, furent échantillonnés en détail (figures 3 et 4). Dix-neuf échantillons de la partie massive furent collectés, et des neuf coussins échantillonnés (figure 6), quatre furent retenus pour cette étude. Les variations texturales mentionnées ci-haut apparaissent à la figure 6 (modifiée d'après Dimroth et Lichtblau 1979) et se définissent comme suit:

I. La zone hyaloclastique qui consiste en verre fragmenté.

II. La zone de croûte hyaline. Cette zone comprend du verre avec des microphénocrystaux de plagioclase ou d?olivine comme phases principales.

III. La zone des sphérolites isolés. Dans cette zone, les sphérolites sont composés de microlites, souvent squelettiques, de plagioclase sur lesquels des fibres de plagioclase et de clinopyroxène se sont développées pour donner des formes sphériques et fibro-radiées.

IV. La zone des sphérolites agglomérés. Les sphérolites de la zone III deviennent graduellement plus nombreux et le verre moins abondant vers le centre du coussin. Les sphérolites individuels passent graduellement à des sphérolites agglomérés aux bordures nettes, puis à des sphérolites agglomérés aux bordures floues.

V. Le centre du coussin. Le centre du coussin a une texture microlitique avec des microlites de plagioclase dans une matrice de clinopyroxène squelettique.

Les textures décrites sont les produits de surfusion (Kirkpatrick 1978. Natland 1978 et 1980). La surfusion (- T) est définie comme un différentiel négatif de température, entre la température d'équilibre du liquidus et la température réelle à laquelle la cristallisation se produit. Donc, la surfusion est plus élevée à l'interface eau - lave (près de la croûte), où elle limite la cristallisation. La surfusion diminue vers le centre du coussin où, conséquemment, le taux de cristallisation augmente.

Les textures de surfusion restent préservées dans les coussins archéens; même sur 1'affeurement on note une variation de couleur qui indique un changement textural (planche 1). En plaque coupée, ces variations texturales sont encore plus évidentes (planche 4), et certaines nuances peuvent être définies. Par exemple, la zone de sphérolites agglomérés montrent toujours la présence de traînées de vacuoles perpendiculaires à la bordure du coussin, et un coussin (S4-P3) montre un rubanement dans la zone microlitique (planche 5), tandis que dans d'autres coussins les mêmes zones sont homogènes.

L'échelle réduite des zones texturales a rendu 1'échantillonage difficile; conséquemment, certains regroupements ont dû être faits:

I. La zone hyaloclastique (Celle-ci inclut la croûte de verre non -sphérolitique.).

II. La bordure de verre à sphérolites isolés. Des échantillons de 0,5 cm furent prélevés dans cette zone.

III. La zone de traînées de vacuoles dans les sphérolites agglomérés. (1,0 cm)

IV. Zone microlitique. Trois à quatre échantillons consécutifs de la zone microlitique ont été prélevés de la bordure vers le centre du coussin. Dans tous les coussins, sauf celui avec le rubanement, les deux premiers échantillons font 2,0 cm chacun, et le troisième, 5,0 cm. Dans un seul cas, un quatrième échantillon a été pris. Le coussin avec le rubanement a été échantillonné de la bordure vers le centre aux intervalles suivants: 1,0 cm, 1,0 cm, 2,0 cm, 2,0 cm et 5,0 cm.

V. Centre du coussin. Un échantillon a été pris au centre de tous les coussins.

Des échantillons de basaltes massifs ont été prélevés pour comparer leur géochimie à celle des coussins. En lames minces, le basalte est microporphyrique à plagioclase; il contient du clinopyroxène relique, et sa texture est essentiellement sub-ophitique (planche 2). Le basalte massif, d'affinité tholéiitique est métamorphisé au faciès préhnite-pumpellyite (Sanschagrin 1981, Sanschagrin et Leduc 1979, Dimroth et al. 1983). En utilisant le logiciel SOMA (Appleyard and de Beer 1982), qui calcule les pertes et ajouts des éléments dans une roche altérée comparée à sa roche parente, des différences majeures entre la moyenne des éléments majeurs des analyses de cette étude et des tholéiites récentes (Cox et al. 1980, Nockolds et. al. 197 9) apparaissent (figure 10). Toutefois, la conservation des textures primaires et du clinopyroxène primaire dans les échantillons de basalte archéen, rend l'explication des variations chimiques par l'altération peu plausible. Donc, il est probable que les différences soient primaires, c'est-à-dire que les laves archéennes étaient fondamentalement distinctes des laves récentes.

Malgré ces différences, la lave massive est subalcaline (figure 7) et tholéiitique (figure 8). Sur les diagrammes pétrochimiques utilisés couramment pour déterminer les environnements tectoniques des laves, cette coulée couvre divers champs: basaltes des fonds océaniques (figure 11b et c), basaltes d'arcs insulaires et calco-alcalins (figure 11e) et basaltes calco-alcalins (figure 11a). Ceci démontre l?utilité restreinte de ces diagrammes pour définir les environnements tectoniques archéens.

Six centres de coussins ont été étudiés pour fin de comparaison avec la lave massive. Bien que la minéralogie ressemble à celle de la lave massive, la texture est surtout microlitique et pilotaxitique avec du clinopyroxène squelettique entre les microlites de plagioclase. Leur géochimie montre des tendances sub-alcaline (figure 7) et tholéiitique (figure 8) similaires à la lave massive. Sur les diagrammes des éléments (oxydes, éléments traces et éléments de terres rares) en fonction de SiO2 (figures 12, 14 et 15), les centres de coussins montrent une plus grande dispersion que les échantillons de lave massive pour les oxydes et les éléments traces à l'exception du Ce. Par contre, la moyenne des échantillons des centres de coussins se rapproche de la moyenne des laves massives pour tous les éléments. Les diagrammes "Spider" des éléments de terres rares montrent des patrons sensiblement plats pour les centres de coussins et pour la lave massive (figure 9).

Le programme SOMA a été encore utilisé pour comparer les centres de coussins à la moyenne du faciès massif (figure 13). La perte en AI2O3 avec l'augmentation en CaO et Na20 est attribuée à 1'albitisation des plagioclases. L'augmentation en Fe2O3 et FeO et la perte en MgO est due à l'épidotisation de la matrice hyaline.

Les teneurs en éléments traces sont plutôt constantes, à l'exception des éléments métalliques Cr, Ni, Cu et Zn qui montrent plus de variations. Le Sr montre un gain alors que le Ba indique une grande perte.

Les terres rares sont essentiellement immobiles, à l'exception du Cerium, qui croît de façon notable.

Des trois façons de traiter les données des sections de coussins avec le programme Soma (figures 16 et 17), le mode sans changement en volume a été retenu pour comparer la composition des coussins à celle de la moyenne de la lave massive. Les figures produites avec le centre du coussin comme roche mère ressemblent à celles de la lave massive comme parente (figures 16c et 17c). Le mode avec changement de volume n'a pas été retenu; les courbes obtenues, à l'exception de la hyaloclastite, montrent des patrons identiques à ceux avec mode à volume constant. Pour la hyaloclastite, les variations proviennent surtout du fait que nous avons assumé sa densité identique à celle de la lave massive.

Les diagrammes de SiO2, Na2O, CaO et Al2O3 (figure 18a-c et e) montrent les effets de 1'albitisation des plagloclases vers la bordure des coussins, suivie par l'épidotisation et la chloritisation de la hyaloclastite. L'augmentation en K20 (figure 18d) est due à la présence des petites quantités de séricite dans la hyaloclastite.

Le FeO et le Fe2O3 (figure 18f-g) sont plutôt complémentaires à l'intérieur des coussins. L'augmentation en FeO et FE2O3 dans l'hyaloclastite est causée par la chloritisation et l1épidotisation.

L'abondance en MgO (figure 18h) reflète probablement le rapport épidote/chlorite interstitielle. Dans le coussin rubané (S4-P3), le MgO augmente dans la partie rubanée.

Le MnO (figure 18i) ne montre aucun patron majeur.

Le TiO2 et le P2O5 (figure 18j et 18k) montrent une dichotomie; le coussin S4-P5 montre un contenu en TiO2 plus bas que les autres coussins et un taux de P2O5 plus haut.

Au niveau des éléments traces (figure 19), la hyaloclastite est très enrichie. Le Bore (figure 19a) montre une diminution du centre vers la bordure du coussin, suivie par une forte augmentation dans la hyaloclastite. Le Ba (figure 19b) est sensiblement stable jusqu'à la bordure, sauf dans le cas du coussin S4-P3 où i l y a une anomalie positive à l'extérieur du rubanement. Le Cr et le Se (figure 19c-d) sont un peu plus erratiques à l'intérieur mais augmentent quand même dans l'hyaloclastite. Rb, Sr, Y et Zr (figure 19i-l) montrent tous un enrichissement dans la hyaloclastite. Le Rb montre la même dichotomie que le Titane. Le Sr montre une diminution vers la bordure analogue à celle observée pour le Calcium. Le Y est essentiellement stable à l'intérieur des coussins avec une anomalie négative dans la zone sphérolitique. Le Zr est un peu plus erratique, mais la courbe est surtout plate. Il y a une petite anomalie positive à l'intérieur du rubanement en S4-P3.

Le Cu, le Zn, le Pb et le Ni (figure 19e-h) sont enrichis dans la hyaloclastite. Souvent, une petite anomalie négative précède l'augmentation. A l'intérieur, les courbes sont souvent erratiques sauf pour le Cu (figure 19e) qui a une courbe plate.

Les lignes évolutives du Li, du Co, du Nb et du Hf (figure 19m-l) ne sont pas très claires, à l'exception d'une forte anomalie en Co à l'intérieur du rubanement de l'échantillon S4-P2.

Les Terres Rares (figure 20) sont aussi enrichies dans la hyaloclastite. Les courbes du La, du Ce, du Nd et du Sm (figure 20a-d) sont en générales plates avec une petite anomalie positive à l'intérieur des coussins, suivie d'anomalies négatives dans les zones de sphérolites isolés à agglomérés. L'échantillon S4-P3 est parmi ceux qui montrent des anomalies positives.

Les éléments Eu et Ho (figure 20e-f) montrent des courbes presque parfaitement plates sauf dans la hyaloclastite où il y a enrichissement.

Dans les coussins S4-P5 et S4-P3, l'Yb (figure 20g) montre des anomalies positives dans la zone interne, redevient ensuite plat, et augmente à nouveau dans la hyaloclastite.

Les diagrammes "Spider" des terres rares montrent que les courbes des zones centrales et internes de coussins sont similaires aux courbes du faciès massif de la coulée (figure 9). La zone vacuolaire montre plus de variation (lessivage en terres rares légères). La zone des sphérolites est en moyenne un peu lessivée en terres rares, et certains coussins montrent aussi une lixiviation en terres rares légères. La hyaloclastite, qui est en général enrichie en terres rares, montre des patrons erratiques (figure 9). Des anomalies positives marquées en La, Sm, Eu et Ho sont observées.

Les étapes d'altération subies par ces coussins sont:

1- L'altération deutérique qui a modifié légèrement la géochimie originale. (Tableaux 3 et 4)

2- L'altération sous-marine (interaction eau de mercoussin) qui a produit la palagonitisation des hyaloclastites et la smectitisation du verre interstitiel (surtout dans la bordure sphérolitique et la zone vacuolaire). Les terres rares sont mobilisées dans cette phase, et se trouvent à l'extérieur des coussins. (Tableau 5)

3- La troisième phase est une albitisation qui se produit probablement lors de l'enfouissement de la coulée. La bordure sphérolitique et la zone vacuolaire sont les plus affectées, leur porosité et leur contenu en plagioclase étant plus élevé que ceux des zones internes et de la hyaloclast.ite. La mobilité des éléments traces et des terres rares est connue à ce point. (Tableau 7)

4- La dernière étape est le métamorphisme régional au faciès préhnite-pumpellyite qui produit la minéralogie observée mais n'affecte pas la chimie des roches de façon sensible.