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Évolution volcanologique et chimico-stratigraphique du disctrict minier de Matagami, sous-province de l'Abitibi, Québec.

Debreil, Julie-Anaïs (2014). Évolution volcanologique et chimico-stratigraphique du disctrict minier de Matagami, sous-province de l'Abitibi, Québec. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 302 p.

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Résumé

Le camp minier de Matagami, situé dans le nord de la ceinture archéenne de roches vertes de l'Abitibi au Québec, abrite 19 gisements de sulfures massifs volcanogènes (SMV) connus dont dix ont été exploités depuis 1963. Ces gisements sont de type bimodal-mafique puisqu'associés à des niveaux de roches volcaniques felsiques dans une séquence dominée par les laves mafiques sous-marines. Malgré la richesse minérale de la région, les roches ont été peu étudiées d'un point de vue volcanologique. Pourtant, la taille, la teneur, la forme et la position des gisements de SMV sont contrôlées en partie par l'architecture volcanique. Ailleurs en Abitibi et dans le monde, le lien spatial entre la position des centres éruptifs des unités volcaniques, les conduits hydrothermaux, les failles synvolcaniques et les gisements a été établi, mais ce genre de travaux n'a jamais été réalisé dans le cas de Matagami. Plus largement, la géologie régionale de Matagami n'a pas été mise à jour depuis les années 1980. Au niveau de la géologie régionale, les travaux réalisés avec le MRN définissent deux grands domaines («Nord» et « Sud») séparés par une zone de cisaillement ENE. Le Domaine Nord montre des évidences de compression D2 orientée N-S. Le Domaine Sud est affecté par une compression faible à modérée D2, mais est principalement caractérisé par des plis P1 orientés N-E. La superposition des déformations D1 et D2 crée une géométrie de « dôme et bassin» dans la Plaine Centrale, ce qui a des implications importantes pour l'exploration. Le Domaine Sud contient les secteurs suivants: le Flanc Nord, le Flanc Sud, le Camp Ouest et la Plaine Centrale. La majorité des gisements découverts à Matagami se situent sur le Flanc Sud et le Flanc Nord, alors que les deux autres secteurs représentent des zones intéressantes pour l'exploration régionale. La séquence stratigraphique régionale contient trois groupes: le Groupe du lac Watson à la base, suivi du Groupe de Wabassee, puis du Groupe de Daniel. Le Groupe du lac Watson (~2726 Ma) contient principalement des laves felsiques tholéiitiques, surmontées par un niveau repère, la Tuffite Clé. Le Groupe de Wabassee (2726-2725 Ma) est principalement composé de laves mafiques à intermédiaires, avec localement des unités felsiques, d'affinité tholéiitique à transitionnelle. Finalement, le Groupe de Daniel (2723 Ma), nouvellement proposé et présent seulement dans la Plaine Centrale, est caractérisé par des roches volcaniques mafiques à felsiques d'affinité transitionnelle à calco-alcaline. La mise en carte de ce dernier groupe montre une géométrie de dômes et bassins dans la Plaine Centrale, avec des pendages faibles. Ces âges correspondent à l'assemblage de Deloro (2730-2724 Ma, Ayer et al., 2002). La datation par méthode U-Pb sur zircons d'une rhyolite de type Watson sous le gisement Caber dans le Camp Ouest permet de la corréler avec la Rhyolite du lac Watson du Flanc Sud, ce qui indique - avec la géochimie - que le même niveau stratigraphique favorable, celui de la Tuffite Clé, est présent également dans le Camp Ouest. Des travaux plus détaillés ont eu lieu sur le Flanc Sud afin d'en reconstruire l'architecture volcanique. En termes méthodologiques, la géochimie des éléments majeurs et en traces a d'abord servi à la caractérisation des unités présentes, permettant ainsi la création d'une colonne stratigraphique complète. Une fois les unités identifiées, leurs variations de faciès ont été observées au sein de 19 forages et de quelques affleurements. Finalement, afin de contraindre temporellement la mise en place des unités, quatre unités felsiques du Flanc Sud ont été datées par la méthode U-Pb sur zircons. Sur le Flanc Sud, ces travaux ont montré que deux unités effusives mafiques à intermédiaires importantes étaient présentes dans le Groupe de Wabassee, soit l'Andésite Inférieure et le Basalte Supérieur. La connaissance précise de la stratigraphie du Flanc Sud a permis de corréler des niveaux exhalatifs (« tuffites »), augmentant le potentiel économique de certains secteurs. Par ailleurs, la Rhyolite de Dumagami dans le centre du Flanc Sud a été divisée en deux: la Dacite de Dumagami-O surmontée par la Rhyolite de Dumagami-O. Les travaux de volcanologie ont montré que les unités volcaniques felsiques du Flanc Sud se mettent en place selon le modèle de coulée de lave de type lobes-hyaloclastite. Dans le cas de la Rhyolite de Bracemac, il s'agirait d'une seule coulée, mais le cas de la Rhyolite du lac Watson, plusieurs coulées sont juxtaposées et superposées, ce qui explique son grand volume total. Le modèle de coulées de type lobes-hyaloclastite implique une présence plus importante de roches fragmentaires qu'au préalablement supposé, principalement au sommet et en bordure des coulées, ce qui a des implications pour la mise en place des gisements de SMV par remplacement sous le fond marin, notamment à Bracemac-McLeod. Finalement, la géochronologie montre que la durée du volcanisme sur le Flanc Sud est de l'ordre 5 Ma au maximum, et que les gisements se sont mis en place à l'intérieur de 2,5 Ma (probablement moins). Ces différentes approches ont permis la création d'un modèle présentant la reconstruction volcanologique, métallogénique et géochronologique du Flanc Sud, où les principales étapes sont (1) la mise en place de la Rhyolite du lac Watson à partir de plusieurs centres effusifs; (2) la déposition de la Tuffite Clé et la mise en place de plusieurs lentilles de sulfures massifs; (3) la mise en place de la Rhyolite de Bracemac et de la Rhyolite de Dumagami-P; (4) la mise en place de l'Andésite Inférieure et de la Rhyolite/Dacite de Dumagami-O; et (5) la mise en place du Basalte Supérieur et des dernières minéralisations. Les travaux ont également permis d'établir le lien entre la volcanologie et la minéralisation sur le Flanc Sud. Trois modèles sont proposés pour les SMV: (1) un modèle classique de mise en place de monticules de sulfures sur le fond marin, applicable aux gisements de Mattagami Lake, Orchan Ouest, Orchan, Bell Allard et Isle Dieu; (2) un modèle de lentilles tabulaires, témoins de la circulation de fluides au sein des roches fragmentaires (remplacement sous le fond marin), applicable aux gisements de Bracemac et de McLeod; (3) un modèle de remplacement le long de failles synvolcaniques, créant des lentilles discordantes, applicable aux gisements de Persévérance. Ainsi, au sein d'un même camp minier, plusieurs modèles de formation de lentilles de sulfures peuvent être considérés, selon les faciès volcaniques retrouvés dans la séquence. Finalement, à un niveau plus régional, les travaux de géochimie ont permis de proposer un modèle pétrogénétique et tectonique suivant la théorie actualiste. Les roches de la région de Matagami se seraient tout d'abord formées en contexte d'arrière-arc océanique (groupes du lac Watson et de Wabassee). Au cours du temps, un changement de pendage dans la plaque subductée aurait fait s'approcher l'arc (Groupe de Daniel).

Abstract

The Matagami mining camp, located in the northern Abitibi Greenstone belt in Québec (Archean), contains 19 known volcanogenic massive sulphide (VMS) deposits, of which ten have been exploited since 1963. These deposits are of the bimodal-mafic type, as they are associated with felsic volcanic rocks within a sequence dominated by mafic submarine volcanic rocks. Despite the mineral wealth of this region, the host rocks have been little studied from a volcanological point of view. However the size, grade, shape and location of VMS deposits are controlled in part by the volcanic architecture. Elsewhere in the Abitibi, a spatial link between the positions of effusive centers, hydrothermal conduits, synvolcanic faults and ore deposits has been established, however this type of work has not been undertaken at Matagami. Moreover, the regional geology has not been updated since the 1980s. The recent MRN regional mapping campaign suggests a new geological subdivision of the Matagami region into the North and South Domains, delimited by a ENE-trending shear-zone. The North Domain shows evidence of intense D2 north-south flattening. The South Domain is affected by moderate to weak D2 flattening, but is mainly characterized by NE-trending D1 folds. Superposition of D2 over D1 has created a "dome and basin" geometry in some areas, which has important impacts for exploration. The South Domain includes the historical South Flank and North Flank, plus the West Camp and the Central Plain. Most of the deposits known at Matagami are found on the South and North flanks, whereas the two other areas are prospective for regional exploration. The regional stratigraphy is composed of three groups: the Watson Lake Group, the Wabassee Group and the Daniel Group. The Watson Lake Group (~2726 Ma) includes tholeiitic felsic rocks, overlain by the Key Tuffite, a marker horizon. The Wabassee Group (2726-2725 Ma) is mostly composed of tholeiitic to transitional mafic to intermediate rocks, and some local felsic units. Finally, the newly proposed Daniel Group (2723 Ma), found only in the Central Plain, is characterized by transitional to calc-alkaline, mafic to felsic volcanic rocks. U-Pb geochronology on zircons from a Watson-like rhyolite under the Caber VMS deposit (West Camp) allows a correlation with the Watson Lake Rhyolite found on the South Flank, which when combined with geochemistry indicates that the sa me fertile stratigraphic horizon, the Key Tuffite, is also present in the West Camp. Those ages correspond to the Deloro assemblage (2730-2724 Ma, Ayer et al., 2002). The current work was focused on the South Flank in order to reconstruct its volcanic architecture. Major and trace element geochemistry was first used to characterize the different volcanic units, allowing construction of a detailed stratigraphic column. Once the units were identified, their facies variations were observed in 19 drill holes and some outcrops. Finally, in order to temporally constrain the deposition of those units, four felsic units have been dated by the U-Pb method on zircons. This work shows that on the South Flank, two important mafic to intermediate effusive units dominate the Wabassee Group: the Lower Andesite and the Upper Basait. Precise knowledge of the stratigraphy leads to correlation of some exhalative layers ("tuffites") along the South Flank, increasing the economic potential in some sectors. Another development is that the historical Dumagami Rhyolite in the central part of the South Flank is now divided into two distinct units: the Dumagami-O Dacite and the Dumagami-O Rhyolite. Volcanology studies show that felsic volcanic units were emplaced as 'Iobe-hyaloclastite' lava flows. The Bracemac Rhyolite represents a single lava flow, but the Watson Lake Rhyolite is composed of superimposed and juxtaposed flows, which explains its large total volume. The lobe-hyaloclastite emplacement model implies a larger proportion of fragmental rocks within the felsic units than previously thought, mainly on the flow tops and flanks. This has implications for generation of sub-seafloor replacement-style VMS deposits, for example at Bracemac-McLeod. Finally, geochronological data shows that the South Flank volcanism lasted up to 5 m.y. and that ore deposition occurred within 2.5 m.y. or probably less. The combination of the different approaches lead to a volcanological, metallogenic and geochronological reconstruction of the South Flank, where the principal stages are: (1) emplacement of the Watson Lake Rhyolite; (2) deposition of the Key Tuffite and of several VMS ore bodies; (3) emplacement of the Bracemac and Dumagami-P rhyolites; (4) emplacement of the Lower Andesite and Dumagami-O Dacite/Rhyolite; (5) deposition of the Upper Basait and the last mineralization. This work also establishes a link between volcanology and mineralization on the South Flank. Three VMS emplacement models are proposed: (1) a classic model of sulphide mound deposition on the seafloor, applicable to the Mattagami Lake, Orchan West, Orchan, Bell Allard, and Isle Dieu deposits; (2) a sheet-like model, where mineralization is formed by mostly lateral fluid circulation through clastic rocks (sub-seafloor replacement), applicable to the Bracemac and McLeod deposits; (3) replacement along synvolcanic faults, creating discordant lenses, applicable to the Persévérance ore deposits. Therefore, several models can be considered in a single mining camp, depending on the volcanic facies found in the host sequence. Finally, on a regional scale, geochemical work allowed presentation of a petrogenetic and tectonic model using an uniformitarian approach. Rocks of the Matagami mining camp would first have formed in an oceanic back-arc environ ment (Watson Lake and Wabassee Group). Through time, a change in the dip to the subducting slab would have brought the arc towards Matagami (Daniel Group).

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Ross, Pierre-Simon
Co-directeurs de mémoire/thèse: Mercier-Langevin, Patrick; Malo, Michel
Mots-clés libres: géologie; géochimie; géochronologie; volcanologie; stratigraphie; environnement tectonique; Matagami
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 29 mai 2014 20:39
Dernière modification: 17 nov. 2015 16:21
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/2273

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