Towards a New Tectonic Model for the Western Grenville Province: Insight from Structural, Geochemical and Geochronological Data from the Highway 117 Transect, Quebec, Canada

Les orogènes continentaux de collision sont des systèmes tectoniques dynamiques qui ont joué un rôle essentiel dans le remodelage de la croûte terrestre. Les processus de déformation et d'exhumation qui ont été actifs au cours de leur évolution sont au centre de débats d'actualité. L'orogène Méso-Néoprotérozoïque de Grenville, partiellement préservé sous la forme de la Province de Grenville au Canada, ne fait pas exception et présente un intérêt particulier, car il expose les différents niveaux structuraux d'un orogène et s’est développé au cours d’une période entre les régimes tectoniques anciens (par exemple, le Précambrien) et modernes (par exemple, le Phanérozoïque). Sur la base de compilations de données à l'échelle de l'orogène et de modèles numériques 2-D, il a été largement considéré comme un grand orogène chaud de longue durée (« LHO ») qui a évolué à travers diverses phases d'écoulement ductile (écoulement en chenal ou nappes ductiles) jusqu'à l'effondrement orogénique pendant la phase initiale d'Ottawan (environ 1090-1020 Ma), déformant la croûte inférieure moyenne de la Ceinture allochtone (AB), qui est composée de roches péri-cratoniques et exotiques accrétées sur la Laurentie. Puis, au cours de la phase ultérieure de Rigolet (environ 1005-980 Ma), la Ceinture parautochtone (PB), qui comprend le socle laurentien et ses séquences de couverture, aurait été remaniée soit dans un prisme orogénique ou par un mode d'écoulement ductile. Ces modèles conceptuels, en particulier ceux proposés pour l'évolution au cours de la phase de Rigolet, doivent encore être testés en détail, ce qui passe par la collecte de données sur le terrain et des analyses modernes. Afin d'approfondir la compréhension de l'événement grenvillien, et plus particulièrement de la déformation du PB durant la phase de Rigolet, cette étude se concentre sur le transect généralement peu étudié de la route 117 à travers la province de Grenville dans l'ouest du Québec. Dans les trois chapitres principaux de cette étude, des données structurales (chapitre 2), géochimiques (chapitre 3) et géochronologiques (chapitres 2 & 4), basées sur des données terrain mais acquise par des techniques analytiques de pointe, sont présentées afin de caractériser l'architecture structurale préservée le long de ce transect et de proposer un nouveau modèle tectonique pour la déformation du PB durant la phase de Rigolet. De plus, une grande partie des données est présentée dans une nouvelle visite auto-guidée dans « Google Earth » afin de s'intégrer dans une nouvelle ère de publications virtuelles et interactives. L'architecture le long du transect expose divers (sous-)domaines allochtones et parautochtones. et a été précédemment définie sur la base de données limitées provenant d'études régionales avant les développements récents de la tectonique grenvillienne et nécessite donc des réinterprétations. Les nouvelles données structurales et géochronologiques présentées dans cette étude à travers les domaines parautochtone (c'est-à-dire la zone de chevauchement du front du Grenville (GFTZ) ; les Terranes du Réservoir Dozois (RDT) et de la Vérendrye (VT)) et allochtone (c'est-à-dire les Terranes de Renzy (RT) et du Lac Dumoine (LDT)) définissent le premier ensemble complet de données le long du transect, en particulier entre la GFTZ et l’ensemble de roche ayant échappée à l’Orogénie grenvillienne appelée couverture orogénique. L'interprétation structurale (chapitre 2) du RDT et du VT révèle que les gneiss sont des tectonites S>>L et qu'il existe au moins 3 événements de déformation (Sn-1 ; Sn ; Sn+1). La gneissosité omniprésente dans le RDT et le VT (Sn) est syn-migmatitique, a un faible pendage (<30oC) qui montre une variation significative de directions le long du transect pour définir une série de sous-domaines structuraux. L'abondance de grains de quartz non allongés dans les leucosomes de Sn du RDT et du VT est interprétée comme évidence d’une déformation en présence de fusion partielle. Bien que les indicateurs cinématiques dans les gneiss RDT à faible pendage montrent une direction de transport dominante vers le SW, parallèle au grain structural de l'orogène, ils ont une distribution bimodale (NE-SW et NW-SE) qui suggère que la déformation était probablement triclinique. Les résultats de la géochronologie U-Pb sur zircon (chapitres 2 et 4) provenant des leucosomes felsiques et des veines d'injection syn- à tardi-déformation à travers les différents niveaux structuraux contribuent également à la caractérisation du transect. D’une part, les dates obtenues sur les coeurs de zircon hérités correspondent systématiquement aux âges attendus pour les gneiss hôtes, ce qui appuie la subdivision tectonique proposée pour la région étudiée. D’autre part, les âges de cristallisation 207Pb/206Pb entre 1020 ± 13 Ma et 968 ± 10 Ma fournissent la première preuve que les gneiss dans le RDT et le VT ont été déformés pendant la phase Rigolet alors que la roche hôte était partiellement fondue. Les résultats contraignent l’âge du chevauchement vers le NO, qui se manifeste généralement par la rotation de boudins mafiques de dimension métrique dans la zone de cisaillement Teddy, et par des plis en fourreau asymétriques dans le VT à 1002-1008 Ma. Par contraste, l’âge de 1040 ± 9 Ma d’un dyke granitique tardif à la déformation en décrochement dextre le long de la zone de cisaillement controversée de Baskatong démontre que la déformation ductile dans le LDT s’est déroulé pendant la phase Ottawan, ce qui appuie l’hypothèse que ce domaine fait partie de L’AB. Les grains de zircon provenant des échantillons révèlent systématiquement des morphologies complexes. Ils sont généralement caractérisés par des noyaux hérités et des successions de zones de textures distinctes qui partagent pour la plupart des caractéristiques d'éléments traces et donnent des âges moyens pondérés 207Pb/206Pb grenvilliens qui se chevauchent. Certains spécimens étaient physiquement liés au leucosome dans leur gneiss hôte et, d'après la différence entre les populations grenvilliennes les plus anciennes (1020 ± 6 Ma) et les plus jeunes (968 ± 4) dans ces échantillons (erreurs d'étalonnage externes exclues), la déformation de Rigolet s'est probablement produite sur une période prolongée d'au moins 30 Ma. La plupart du leucosome granitique et des intrusions dans le RDT et le VT sont interprétés comme le produit de multiples événements de fusion à présence d'eau pendant cette période en raison de: i) les morphologies complexes des zircons; ii) les caractéristiques physiques des migmatites dans le RDT et le VT, particulièrement leurs limites diffuses avec leur roches hôtes; iii) la présence de hornblende péritectique qui implique l’addition d’eau lors de la fusion; iv) les températures du thermomètre Ti-in-zircon (625-778oC) qui sont à la limite inférieure pour la fusion par biotite-déshydratation des roches Bt-Qtz-Pl (< 800oC). L'une des principales hypothèses issues des observations de terrain était plusieurs ensembles de roches dispersés dans les gneiss parautochthones (RDT et VT) pourraient faire partie de la RT Mésoprotérozoïque allochtone, en raison de leurs similitudes lithologiques, structurales et métamorphiques. Une nouvelle cartographie le long du transect (chapitre 2) a révélé que les gneiss du PB s'étendaieent structurellement au-dessus et au-dessous des composants de la RT (sensu stricto), ce qui implique que les composants de la RT et les équivalents de la RT sont complètement enveloppés dans le PB. Pour vérifier cette hypothèse, une partie de cette étude (chapitre 2) examine les signatures en éléments traces immobiles de vingt-cinq affleurements et boudins mafiques recueillis dans les gneiss migmatitiques de la RDT et du VT. Les résultats révèlent que ces corps mafiques définissent trois groupes géochimiques, à savoir les basaltes « komatiitiques » (groupe U1) et les andésites et basaltes tholéiitiques (groupes U2 et U3). Les groupes U2 et U3 se distinguent par la présence de grands creux négatifs en Ta-Nb dans le premier groupe et d'anomalies nulles en Ti dans le second. En s'appuyant sur des méthodes préétablies et novatrices, les signatures d'éléments traces immobiles des trois groupes sont comparées à des suites mafiques connues pour avoir des affinités magmatiques avec la province contiguë du Supérieur (c'est-à-dire autochtone) ou avec des terranes interprétés comme faisant partie de l'AB. Les suites autochtones considérées ici comprennent les métavolcaniques mafiques archéennes de la ceinture de roches vertes de l'Abitibi et plusieurs suites mafiques protérozoïques (environ 2470-1140 Ma) (Senneterre, Matachewan, Sudbury et Abitibi). Les métagabbros coronitiques et les suites mafiques de la RT sont considérés comme des suites de référence uniques à l'AB en Ontario et dans la région étudiée respectivement et devraient donc surplomber structurellement le PB. Afin d'identifier à quelles suites connues appartiennent les groupes U1-3, les caractéristiques suivantes ont été comparées : (1) les profils normalisés des éléments immobiles N-MORB ; (2) les différences dans leurs anomalies HFSE (par ex. Ta, Nb, Ti) ; (3) les diagrammes de rapport d'éléments incompatibles, définis par l'enrichissement en éléments de terres rares (ETR) légères (La/Sm)CN et lourdes ((Gd/Yb)CN et (Tb/Yb)CN) par rapport à la pente globale des ETR en REECN (La/Yb)CN . Les résultats des comparaisons d'éléments traces immobiles indiquent une affiliation claire à l'AB pour la plupart des corps mafiques enveloppés dans les gneiss de la RDT et de la VT, en particulier aux suites de la RT, ce qui confirme nos observations de terrain et implique qu'une partie de l'AB inférieur a dû être démembrée et incorporée dans le PB pendant la déformation de Rigolet. Ces résultats suggèrent que la délimitation des domaines tectoniques et de leurs frontières dans la province de Grenville, comme le « Allochthon Boundary Thrust », n'est pas simple et que les méthodes antérieures d'identification des différents niveaux structuraux basées sur la corrélation de leurs suites mafiques respectives dans les LHO doivent être considérées avec prudence. En intégrant toutes les données, cette étude présente une nouvelle coupe géologique transversale pour une longueur de 140 km du transect et propose un nouveau modèle pour la déformation du PB pendant la phase de Rigolet. La déformation pervasive en présence de fusion partielle pendant au moins 30 Ma suggère que les gneiss migmatitiques des RDT et VT constituaient un chenal de faible viscosité s’étant écoulé de façon ductile « channel flow » pendant la phase Rigolet. De plus, les résultats des études structurales (chapitre 2) et géochimiques (chapitre 3), suggèrent que les RT représentent des composants allochtones enveloppés dans des gneiss parautochtones. D'après les résultats de la géochronologie et les preuves de terrain présentées dans cette étude (chapitre 4), les dykes felsiques ont bréchifié les composants mafiques de la RT coïncidant avec la déformation dans le PB, ce qui a pu conduire à leur démembrement et à leur incorporation dans la chenal parautochtone sous forme de radeaux mafiques de taille métriques à kilométriques. Les résultats de cette étude sont en contradiction avec les modèles conceptuels proposés pour l'évolution de la Province de Grenville occidentale qui considèrent que le PB a été affecté par l'effondrement gravitationnel du noyau orogénique ou a évolué sous forme de prisme orogénique pendant la phase de Rigolet. Au contraire, le modèle tectonique proposé dans cette étude est comparable à des modèles plus récents préconisant un écoulement ductile au sein du PB dans l'est du Québec durant cette phase de l'orogenèse grenvillienne Ceci suggère que le Rigolet était une phase orogénique majeure impliquant une fusion et un écoulement prolongés de la croûte profonde. Ces résultats ont donc des implications importantes concernant l'évolution tectonique de l'orogenèse grenvillienne ainsi que des implications possibles pour l'évolution du socle tectonique dans d'autres LHO.