Évolution tectono-métamorphique de la Province de Grenville Centrale : Géochronologie et thermobarométrie de roches métasédimentaires de haut grade au NE du Réservoir Manicouagan

L’Orogenèse grenvilienne Méso-Néoprotérozoique, offre une excellente opportunité d’étudier les systèmes tectoniques complexes et les processus de déformation et d’exhumation qui régissent l’évolution des collisions continent-continent majeures. Cette orogenèse, préservée dans la Province de Grenville au Québec et en Ontario est d’autant plus importante pour la compréhension des processus tectoniques étant donné qu’elle représente une des plus grandes chaines orogéniques de l’histoire de la terre. L’orogène de Grenville, considéré comme un orogène long et chaud est caractérisé par deux phases orogéniques majeures. Une première phase, la phase Ottawan (1090-1020 Ma) aurait affecté la Ceinture allochtone, composée de roches péricratoniques et exotiques accrétés à Laurentia. La phase Ottawan est caractérisée par le flux de croute chaude et ductile sous un plateau orogénique, du métamorphisme de haut grade, du magmatisme syntectonique et un raccourcissement à grande échelle de la croute continentale. La deuxième phase, soit la phase Rigolet (1005-980 Ma) est marquée par de la déformation et du métamorphisme dans la Ceinture parautochtone, composée du socle Laurentien et sa couverture métasédimentaire remaniée par des épisodes de fluage chenalisé ou des chevauchements vers l’avant-pays. Afin de comprendre l’évolution tectono-métamorphique et les processus d’exhumation de l’orogène, des études pétrographiques (Chapitre 3), géochronologiques (Chapitre 4) et thermobarométriques (Chapitre 5) basées sur des données de terrain ont été effectuées dans la Province de Grenville centrale, secteur critique de l’orogène. Les résultats présentés dans ce mémoire et dans les études antérieures permettent de proposer un nouveau modèle pour l’évolution combinée de segments de la Ceinture allochtone (Zone Imbriquée de Manicouagan; ZIM) et parautochtone (Terrane de Gagnon, TG). Les résultats pour le TG indiquent du métamorphisme de haut grade impliquant probablement de la fusion partielle, à des conditions pression-température (P-T) d’environ 700 °C et 12.5 kbar à ca. 1004-983 Ma. La zone de charriage de l’Allochtone dans le secteur d’étude aurait subi du métamorphisme en l’absence de fusion partielle, à des conditions P-T maximales de 740 ± 60 °C et 12.5 ± 1.5 kbar à ca. 1020 Ma, suivi d’un épisode de recristallisation de titanite lors d’une déformation tardive à 982 Ma, à des conditions de 660 ± 30 °C et 11.5 ± 1 kbar. Ces données, combinées aux données régionales pour la ZIM et le TG, indiquent une exhumation synchrone de la ZIM et du TG par extrusion ductile (ZIM) et fluage chenalisé (TG). La ZIM se serait mise en place dans un TG profondément enfoui et partiellement fondu. Les roches du TG partiellement fondues auraient été moins compétentes et se seraient déformées plus facilement afin de faire de la place à la ZIM, ce qui aurait généré les plis transverses du TG dans le secteur d’étude. De plus, cette étude documente un âge pré-grenvillien vers ca. 1.8-1.9 Ga pour le TG dans le secteur d’étude, indiquant une origine détritique de certains zircons provenant de la Fosse du Labrador. Cette étude présente également des données pour un échantillon récolté au point triple formé par la ZIM, le TG et le terrane Hart-Jaune (THJ), terrane considéré comme la couverture orogénique ayant échappé au métamorphisme grenvillien. Les résultats impliquent du métamorphisme de haut grade et un âge Pinwarien à ca. 1597 Ma. L’orogène Pinwarien pré-grenvillien, qui aurait été précoce dans la région, serait un bon candidat pour expliquer les résultats. Toutefois, la présence de fusion partielle et les conditions P-T de haut grade documentées, avec un paroxysme à environ 860 °C et 13 kbar, semblent trop élevés pour un évènement qui n’aurait pas été répandu. Le métamorphisme de haut grade, semblable à celui enregistré dans la ZIM, indique que l’échantillon pourrait faire partie de la ZIM et que les zircons n’auraient pas réagi lors du métamorphisme enregistré, ou encore, que les zircons de cet échantillon sont détritiques.

Abstract

The Meso-Neoproterozoic Grenvillian Orogeny offers and excellent opportunity to study complex tectonic systems, as well as deformation and exhumation processes that regulate the evolution of major continent-continent collisions. This orogeny, preserved in the Grenville Province in Quebec and Ontario, is especially important for the understanding of tectonic processes as it is one of the largest orogenic belts of earth’s history. The Grenville Orogen, considered as a long-hot orogen, is characterized by two main orogenic phases. The first phase, the Ottawan phase (1090-1020 Ma), would have affected the Allochthonous Belt, which is composed of pericratonic and exotic rocks accreted to Laurentia. The Ottawan phase is characterized by the flow of hot and ductile crust under an orogenic plateau, high grade metamorphism, syntectonic magmatism and crustal scale shortening. The second phase, the Rigolet phase (1005-980 Ma) is marked by deformation and metamorphism in the Parautochthonous Belt, which is composed of the Laurentian basement and its metasedimentary cover, reworked by channel flow episodes or fore-land thrusting. In order to understand the tectono-metamorphic evolution and the exhumation processes, petrographic (Chapter 3), geochronologic (Chapter 4) and thermobarometric (Chapter 5) studies based on field data were conducted in the central Grenville Province, a critical segment of the orogen. The data presented in this thesis and in prior studies allow to propose a new tectonic model for combined segments of the Allochthonous (Manicouagan Imbricate Zone or MIZ) and the Parautochthonous (Gagnon Terrane or TG) belts. The results for the Gagnon Terrane indicate high-grade metamorphism, with possible partial melt, at pressure-temperature (P-T) conditions of approximately 700 °C and 12.5 kbar at ca. 1004 Ma to 983 Ma. The Allochthon Boundary Thrust in the study area would have undergone metamorphism without partial melting, at maximum P-T conditions of 740 ± 60 °C and 12.5 ± 1.5 kbar à ca. 1020 Ma, which was followed by titanite recrystallization during a late deformation event at ca. 982 Ma, at P-T conditions of 660 ± 30 °C and 11.5 ± 1 kbar. These results, combined with the regional data, indicate a synchronous exhumation of the Manicouagan Imbricate Zone by ductile extrusion and the Gagnon Terrane by channel flow. The Manicouagan Imbricate Zone would have been put in place in a partially melted and deeply buried Gagnon Terrane. The partially molten TG rocks would have been less competent and would have been easily deformed in order to make room for the MIZ, which would have generated the orogen transverse folds of the TG in the study area. Furthermore, this study documented a pre-grenvillian age at ca. 1.8-1.9 Ga for the TG in the study area, indicating a detrital origin for some zircons, coming from the Labrador Trough. This study also presents data for a sample collected at the tectonic intersection between the ZIM, the TG, and the Hart-Jaune Terrane (THJ), a terrane considered as the orogenic lid that would have escaped grenvillian metamorphism. The results indicate high-grade metamorphism and a Pinwarian age at ca. 1597 Ma. The Pinwarian Orogen, which would have been early in the area, would be a great candidate to explain the results. Nevertheless, the evidence for partial melting and the high-grade P-T conditions, with peak conditions of approximately 860 °C and 13 kbar seem too high for a localized event. The high-grade metamorphism, which is similar to the one documented in the ZIM, indicates that the sample could be part of the ZIM, and that the zircons did not react during the metamorphism, or, that the zircons are detrital.