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Géologie et métallogénie aurifère de la région de Belleterre, Abitibi-Témiscamingue, Québec.

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Koïta, Mahamed (2019). Géologie et métallogénie aurifère de la région de Belleterre, Abitibi-Témiscamingue, Québec. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 420 p.

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Résumé

La région de Belleterre, en particulier la ceinture Belleterre-Angliers, est située au sud-est de la Sous-province du Pontiac dans la Province du Supérieur. Elle est connue depuis les années 1930 pour ses indices et gîtes de veines de quartz aurifères dont certaines furent exploitées (ex. la mine Belleterre, de plus de 27 tonnes d‟or). La présente thèse est le résultat d‟un projet réalisé en collaboration avec les Mines J.A.G. ltée visant à étudier le contexte géologique global des gîtes et indices aurifères à travers l‟étude lithogéochimique, pétrogénétique et stratigraphique des roches encaissantes et la réinterprétation des données géophysiques, disponibles et acquises, afin de déterminer les métallotectes structuraux et lithologiques des veines de quartz aurifères. Cette étude a identifié deux épisodes volcaniques dans la ceinture Belleterre-Angliers. Le premier épisode (~2724-2715 Ma) correspond à la formation des roches des groupes de Belleterre et de Baby. Le second épisode (~2690-2682 Ma) correspond à la formation des roches du Groupe de Lac des Bois. Chaque épisode volcanique est constitué d‟un magmatisme tholéiitique et calco-alcalin. Les roches tholéiitiques sont interprétées comme provenant de la fusion partielle de l‟asthénosphère, dans un contexte de basse pression (probablement d‟extension/rifting), sans contamination crustale pour les tholéiites des groupes de Belleterre et de Baby et avec une légère contamination pour celles du Groupe de Lac des Bois. Le magmatisme calco-alcalin, de par ses hautes concentrations en Al2O3 et faibles concentrations en terres rares lourdes et Y, implique des mécanismes de différenciation magmatique (soit une source mafique grenatifère) dans un contexte de très hautes pressions. L‟interprétation des données magnétiques et gravimétriques corrobore l‟hypothèse selon laquelle la ceinture volcanique de Belleterre-Angliers serait allochtone. Les roches de la région sont métamorphisées aux faciès des schistes verts supérieur et amphibolites inférieur. Elles sont déformées par trois principales phases de déformation qui leur confèrent une anisotropie prononcée, particulièrement aux contacts lithologiques. La plupart des structures géologiques sont coplanaires ou subparallèles à la schistosité S1. Les veines de quartz aurifères sont encaissées dans les roches des groupes de Belleterre et de Lac des Bois qui sont respectivement situées au sud et au sud-est de la ceinture volcanique de Belleterre-Angliers. La région est marquée par une abondance de dykes de lamprophyre calco-alcalins spatialement associés aux veines de quartz. Aucun lien génétique n‟a été établi entre celles-ci et les lamprophyres. Les lamprophyres observés sont répartis entre kersantites (groupes I et II) et spessartites. La mise en place des kersantites/GI précède celle des spessartites, elles-mêmes antérieures aux kersantites/GII. Ces dernières ont été datées par géochronologie U-Pb à 2679,3 ± 1,2 Ma. La signature géochimique des trois générations de lamprophyres suggère qu‟ils proviennent de magmas parentaux distincts. Les kersantites/GI proviennent de la fusion partielle du manteau lithosphérique métasomatisé, alors que la composition géochimique des spessartites et des kersantites/GII suggère l‟introduction de matière métasomatisante et radiogénique comme des sédiments du Groupe de Pontiac dans le manteau, soit par le biais de subduction ou « slab breakoff ». Régionalement, les veines de quartz-carbonates sont spatialement associées aux failles D₁ inverses ou normales et zones de cisaillement D₂. Les veines de quartz précoces (VQP), particulièrement celles de l‟ancienne mine de Belleterre, sont contrôlées par les failles D₁ Mill Creek et Gainsmor. Les veines de quartz tardives (VQT) sont contrôlées par les failles et zones de cisaillement D₂. La pyrite est le sulfure dominant dans toutes les veines de quartz étudiées. La pyrrhotite, la marcassite et la galène sont plus abondantes dans les VQP. La chalcopyrite, la molybdénite, le bismuth, l‟argent natif et les tellurures sont plus abondants dans les VQT. La proportion de sphalérite est invariable. L‟or est présent en inclusions dans les sulfures et sous forme de grains isolés dans le quartz, ou en remplissage de fractures de ceux-ci. De l‟or primaire « invisible » est présent en solution, exclusivement dans la pyrite des VQT. L‟analyse au LA-ICP-MS de la pyrite des VQP montre qu‟elle est moins enrichie en métaux, à l‟exception des éléments réfractaires Co, As et Ni, comparativement à celle des VQT. L‟Au contenu dans la pyrite des VQT (ex. indice Audrey) présente une forte corrélation positive avec Sn, W, Mo, Sb, Tl, Bi, Te, Cu et Pb, alors que celui contenu dans la pyrite des VQP n‟en présente aucune. La paragenèse minérale des VQP inclut la chlorite, la séricite, l‟épidote, les carbonates et le quartz. Les VQT présentent une prédominance de biotite, séricite, albite, feldspaths potassiques, carbonates et quartz. Les VQP présentent des valeurs de δ³⁴S(CDT) variant de +0,8 à +5,2 ‰ et du plomb non radiogénique. Le soufre des VQP proviendrait de la dissolution et précipitation des sulfures des roches mafiques par des fluides métamorphiques. L‟or proviendrait du lessivage des roches supracrustales et du socle gneisso-granitique. Les VQP peuvent donc être qualifiées de veines de type « orogénique classique ». Les VQT présentent des valeurs négatives de δ³⁴S(CDT) (de -4,2 à 0,7 ‰) et du plomb radiogénique. Leurs relations de recoupement avec les intrusions syn-tectoniques de nature métalumineuse à peralumineuse suggèrent un lien génétique avec ces dernières. Au gîte Aubelle principale, l‟âge des VQT des zones de cisaillement D₂ est compris entre ceux de deux intrusions syn-tectoniques (2694,6 ± 0,9 et 2691,2 ± 1,2 Ma). Le soufre et l‟or des VQT semblent principalement de dérivation magmatique et celles-ci peuvent être considérées comme des veines de type « intrusion related gold ». Contrairement à ce qui est relaté dans la littérature, les résultats de cette thèse prouvent que les roches du premier épisode volcanique de la ceinture Belleterre-Angliers (~2724-2715 Ma) sont plus vieilles que toutes les roches volcaniques du Groupe de Blake River (Abitibi; 2704-2695 Ma).Toutefois, le volcanisme subalcalin a perduré dans le Pontiac (second épisode; ~2690-2682 Ma) après la cessation de celui de l‟Abitibi (soit 2695 Ma). De plus, dans les études antérieures, l‟environnement géotectonique des tholéiites des groupes de Belleterre et de Baby est interprété comme étant une zone de subduction, alors que cette étude détermine plutôt un environnement tectonique similaire à celui des N-MORB ou des basaltes du bassin arrière arc de Lau, soit un régime d‟extension. Par la suite, ces roches ont été charriées sur un socle gneisso-granitique selon les interprétations des données géophysiques de cette thèse. Finalement, cette étude prouve que les veines de quartz aurifères de Belleterre (≥ 2679,3 ± 1,2 Ma) sont précoces par rapport à celles de l’Abitibi (2680-2665 Ma).

Abstract

The Belleterre area, located in the south-east of the Pontiac Subprovince of the Superior Province, is known since the 1930 for its gold-bearing quartz vein occurrences, some of which were mined (e.g. Belleterre mine, over 27 tonnes of gold). This thesis is the product of research in collaboration with Mines J.A.G. Ltd to study the geological setting of gold deposits and occurrences in the region through geochemical, petrogenetic and stratigraphic study of host rocks and reinterpretation of available geophysical data, to define geological and structural exploration vectors for gold-bearing quartz veins. This study identified two episodes of volcanism in the Belleterre-Angliers belt: a first episode ~2724-2715 Ma corresponding to the deposition of rocks of the Belleterre and Baby groups, and a second ~2690-2682 Ma episode producing rocks of the Lac des Bois Group. Each episode included tholeiitic and calc-alkaline magmatism. Tholeiitic rocks are interpreted as formed by partial melting of the asthenosphere in a low pressure context, with no crustal contamination for the Belleterre and Baby groups, and moderate crustal contamination for the Lac des Bois Group. High Al₂O₃ and low heavy rare earth elements and Y concentrations imply that magmatic differentiation from a garnet-bearing source in a high pressure context occurred during calc-alkaline magmatism. Gravity and magnetic data support the hypothesis that the Belleterre-Angliers volcanic belt is allochthonous. The country rocks have been metamorphosed to upper greenschist-lower amphibolite facies and deformed by three major structural events that produced a strong planar anisotropy, especially along lithological contacts. Most structures are sub-parallel to the S₁ foliation. Auriferous quartz veins are hosted by rocks of the Belleterre and Lac des Bois groups, located south and south-east of the Belleterre-Angliers volcanic belt. The study area includes abundant calc-alkaline lamprophyre dykes spatially associated with auriferous quartz veins, although no genetic link was found between them. Lamprophyres are distributed between kersantites (groups I and II) and spessartites. Emplacement occurred in the following order: kersantites/GI, spessartites, and kersantites/GII. The later were dated at 2679.3 ± 1.2 Ma using U-Pb geochronology. The geochemical signature of the three generations suggests they come from distinct parental magmas. Kersantites/GI stem from partial melting of metasomatised lithospheric mantle. Spessartites and Kersantites/GII geochemical signatures suggests introduction of “metasomatizing and radiogenic matter”, such as Pontiac sediments in the mantle such as through subduction or slab breakoff processes. Regionally, quartz-carbonate veins are spatially associated with inverse or normal D₁ faults and shear zones. Early quartz veins (VQP), notably at the Belleterre mine, are controlled by D₁ Mill Creek and Gainsmor faults. Late quartz veins (VQT) are controlled by D₂ faults and shear zones. Pyrite is the dominant sulphide in all quartz veins. VQP have higher pyrrhotite, marcasite and galena, whereas VQT have higher chalcopyrite, molybdenite, bismuth, native silver and tellurides. Sphalerite abundance is constant. Gold is present as inclusions in sulphides and quartz as well as in quartz fractures. Primary, “invisible” gold is present as solutions in VQT pyrite. LA-ICP-MS analysis of VQP pyrite shows lesser trace metal enrichment relative to VQT, except for Co, As and Ni which are refractory elements. Gold contained in VQT pyrite (e.g. Audrey occurrence) is positively correlated with Sn, W, Mo, Sb, Tl, Bi, Te, Cu and Pb, whereas gold in VQP shows no clear correlation. Hydrothermal alteration mineral paragenesis of VQP includes chlorite, sericite, epidote, carbonates and quartz. For VQT, it is dominated by biotite, sericite, albite, potassic feldspar, carbonates and quartz. VQP have +0.8 to +5.2‰ δ³⁴S(CDT) values and non-radiogenic lead, suggesting they were sourced from metamorphic devolatilization of mafic rocks. Gold would most likely have come from leaching of supracrustal rocks and the gneiss-granite basement. VQP can be classified as a “classic orogenic gold” vein type. VQT have -4.2 to +0.7‰ δ³⁴S(CDT) values and radiogenic lead. Crosscutting relationships with metaluminous to peraluminous syn-tectonic intrusions suggest they have a genetic link with gold. At the Aubelle principale deposit, the age of D₂ shear zones-hosted VQT is constrained by 2694.6 ± 0.9 and 2691.2 ± 1.2 Ma syn-tectonic intrusions. VQT sulphur and gold appear mainly magmatic in origin and VQT can be considered as intrusion-related. Contrary to what is reported in the literature, the results of this thesis prove that the ~2724-2715 Ma rocks of the first volcanic episode of the Belleterre-Angliers belt are older than all subalkaline volcanic rocks dated in the Blake River Group (Abitibi; 2704-2695 Ma). However, volcanism continued in the Pontiac in a second episode at ~2690-2682 Ma, whereas subalkaline volcanism in the Abitibi ceased by ~2695 Ma. In addition, the geotectonic environment of Belleterre and Baby groups tholeiites has previously been interpreted as subduction-related, whereas this study suggests a tectonic environment similar to that of N-MORB basalts or those of the Lau back-arc basin. Subsequently, interpretations of geophysical data in this thesis implies that these rocks were overthrust upon a uniform granitic and gneissic basement. Finally, this study proves that the ≥ 2679.3 ± 1.2 Ma gold-bearing Belleterre quartz veins are early compared to those in the Abitibi which have been previously dated at 2680-2665 Ma.

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Harris, Lyal
Mots-clés libres: Abitibi-Témiscamingue; Archéen; Pontiac; Groupe de Belleterre; Groupe de Lac des Bois; lamprophyres; roches sédimentaires; géophysique; or orogénique; or associé à une intrusion (« intrusion-related gold »); Archean; Belleterre Group; Lac des Bois Group; sedimentary rocks; geophysics; orogenic gold; intrusion-related gold
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 01 oct. 2019 13:35
Dernière modification: 01 oct. 2019 13:35
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/8668

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