Sud-est de la Province de Churchill, Nunavik, Québec, Canada : synthèse de la géologie

Les travaux réalisés par le Ministère à partir de 2009, en collaboration avec ses partenaires, de la Commission géologique du Canada (CGC), du département des Mines et de l’Énergie de Terre-Neuve-et-Labrador ainsi que de plusieurs universités ont permis de déterminer six domaines lithotectoniques distincts dans le sud-est de la Province de Churchill. Cinq de ces domaines font chacun l’objet d’un Bulletin géologique et d’une fiche stratigraphique. Il s’agit des domaines de Rachel-Laporte (Lafrance et Vanier, 2021), de Baleine (Lafrance et al., 2020), de George (Charette et al., 2018), de Mistinibi-Raude (Charette et al., 2019) et de Falcoz (Lafrance et Vanier, 2022). Le sixième domaine, la Fosse du Labrador, a déjà fait l’objet d’une synthèse (Clark et Wares, 2004). Un septième domaine appartenant à la Province de Nain, celui de Burwell, a aussi été décrit lors de ces travaux.

Chaque Bulletin géologique portant sur un domaine lithotectonique présente des sections traitant de la lithostratigraphie (incluant un schéma stratigraphique), de la lithogéochimie, du métamorphisme, de la structure (incluant une coupe structurale) et de la tectonique régionale du domaine concerné. Les principaux environnements favorables pour l’exploration et les types de minéralisations y sont aussi décrits. L’ensemble des unités géologiques du SEPC font maintenant l’objet d’une fiche stratigraphique et les grandes zones de déformation sont présentées dans le Lexique structural du Québec.

Méthode de travail

Travaux antérieurs

Plusieurs levés géologiques ont été réalisés dans le SEPC à différentes échelles par le Ministère. Les principales campagnes de cartographie ont eu lieu dans les parties nord et sud, étant donné que l’accès à ce territoire est plus facile. Ces travaux se sont principalement déroulés au cours des années 50 et 80; ils comprennent plusieurs thèses de maîtrise et de doctorat. Au cours des années 60 et 70, la Commission géologique du Canada a aussi réalisé plusieurs travaux de cartographie géologique régionale, dont une cartographie à l’échelle 1/250 000 qui couvre l’ensemble du SEPC au Québec et au Labrador (Taylor, 1979). La liste exhaustive de ces travaux est présentée dans les sections « travaux antérieurs » des bulletins géologiques des différents domaines lithotectoniques concernés par ces travaux (Rachel-Laporte, Baleine, George, Mistinibi-Raude et Falcoz).

Au cours des années 80, les efforts concertés de plusieurs géologues travaillant pour diverses commissions géologiques et ministères à travers le Canada ont permis l’élaboration de modèles tectoniques concernant l’ensemble de l’Orogène trans-hudsonien (Hoffman, 1988; 1990b). Ces travaux ont mené à la rédaction de nombreux articles regroupés dans un volume spécial publié par l’Association géologique du Canada (1990, Special Paper 37), dont l’une des sections traite spécifiquement du SEPC. Durant la même période, une autre série d’articles sur le SEPC a été publiée dans un numéro spécial de la revue Géoscience Canada (1990, volume 17, numéro 4). Au début des années 90, la réalisation d’un levé de séismique profonde dans la baie d’Ungava et la mer du Labrador (Programme Lithoprobe, transect ECSOOT) jumelé à des travaux de géochimie isotopique, de géochronologie et de géologie structurale ont rendu possible une meilleure interprétation générale du SEPC. Ces travaux ont permis, entre autres, de relier l’évolution du Bouclier canadien à celle du Groenland. Les dernières interprétations concernant ces travaux ont été publiées sous forme de plusieurs articles regroupés dans un numéro complet de la Revue canadienne des sciences de la Terre (2002a, volume 39, numéro 5).

Contexte géologique

Le sud-est de la Province de Churchill (SEPC) est interprété comme une branche de l’Orogène trans-hudsonien, une vaste ceinture orogénique paléoprotérozoïque qui s’étend du Dakota du Nord jusqu’au Groenland. Ce grand système orogénique s’inscrit dans une longue période de convergence à l’échelle planétaire qui a mené à la formation du craton Laurentia (1,97 à 1,82 Ga; Hoffman, 1990a) et, ultérieurement, du supercontinent Columbia (Nuna).

L’Orogène trans-hudsonien a été nommé par Hoffman (1981) pour définir la collision paléoprotérozoïque entre le Supérieur et les domaines archéens de la partie NW du Churchill. La région type se trouve dans le nord du Manitoba et de la Saskatchewan et comprend des zones externe et interne, respectivement représentées par des marges continentales archéennes et par une croûte juvénile protérozoïque. Une définition plus large a été adoptée par Lewry et al. (1985) et Lewry et Collerson (1990) qui incluent non seulement les roches métamorphiques paléoprotérozoïques associées à cette collision, mais aussi la vaste zone d’empreinte métamorphique et structurale affectant les roches archéennes à paléoprotérozoïques du Churchill. Cette définition plus inclusive a été retenue dans la littérature. Corrigan et al. (2009) souligne d’ailleurs qu’elle permet une meilleure compréhension du système orogénique et de l’empreinte tectonothermale quasi continue formée au cours de la collision entre le Craton du Supérieur, la Zone Reindeer et un amalgame continental comprenant les cratons de l’Esclave, de Rae et de Hearne. Ces deux derniers, limités par la zone tectonique de Snowbird, représentent la portion ouest de la Province de Churchill.

Les roches affectées par l’Orogène trans-hudsonien se divisent en trois branches principales (Hoffman, 1988) : 1) la branche SW, à l’ouest de la baie d’Hudson; 2) la branche NE, partie centrale, au nord du détroit d’Hudson; et 3) la branche SE, au sud de la baie d’Ungava. En son centre, l’Orogène trans-hudsonien est masqué par les roches sédimentaires du bassin paléozoïque de la baie d’Hudson. La branche SE, qui sépare les cratons du Supérieur et nord-atlantique, est communément interprétée comme la portion québécoise de la Province de Churchill (d’où son acronyme SEPC). Toutefois, la corrélation entre ces deux parties fait toujours l’objet de débats (Bourlon et al., 2002; St-Onge et al., 2002; Wardle et al., 2002a). Ce large ensemble orogénique est aussi présenté en trois divisions tectoniques par Corrigan et al. (2009) : la marge du Churchill (péri-Churchill), la Zone Reindeer et la marge du Supérieur (péri-Supérieur). Le domaine péri-Churchill aurait enregistré une croissance continentale progressive antérieurement à la collision avec le Craton du Supérieur. Cette croissance est marquée par l’accrétion de microcontinents (Hearne, Meta Incognita/Core Zone, Sugluk) et de terranes d’arc (La Ronge-Lynn Lake) au craton Esclaves-Rae. La Zone Reindeer comprend les éléments exotiques au Churchill et au Supérieur qui étaient présents dans l’océan Manikewan, c’est-à-dire des arcs océaniques primitifs à évolués, des bassins d’arrière-arc, de la croûte et des plateaux océaniques ainsi que des fragments archéens, tel que le Craton Sask. Ces ensembles se seraient amalgamés au domaine péri-Supérieur lors de la phase finale de collision de l’Orogène trans-hudsonien.

Le SEPC représente un secteur de cette vaste compression où le Craton nord-atlantique (exposé principalement au Labrador et au Groenland) et des fragments exotiques sont entrés en collision avec la marge orientale du Supérieur. Ce secteur est interprété par plusieurs auteurs comme étant corrélé aux lithologies et au contexte géologique observés sur l’île de Baffin ainsi qu’à la Péninsule d’Ungava (St-Onge et al., 2009; Wardle et al., 2002a et références citées; charte corrélative de Wardle et al., 2002b).

Au Québec, le SEPC est limité par le craton archéen du Supérieur à l’ouest et par les provinces de Nain (Craton nord-atlantique et Domaine lithotectonique de Burwell) et de Makkovik à l’est. Son contact avec la Province de Nain est en partie masqué par de grandes intrusions mésoprotérozoïques. Le SEPC est coupé au sud par la Province de Grenville.

Subdivisions lithotectoniques

Le SEPC est depuis longtemps considéré comme ayant une structure tripartite (Hoffman, 1990a; van der Leeden et al., 1990; Wardle et al., 1990a) formée de la Zone noyau, d’âge archéen et remobilisée au Paléoprotérozoïque, bordée de deux orogènes :

• l’Orogène des Torngat (1,89 à 1,81 Ga), à l’est, qui correspond à la suture entre les provinces de Churchill et de Nain;
• l’Orogène du Nouveau-Québec (1,82 à 1,77 Ga), à l’ouest, qui représente la suture entre les provinces de Churchill et du Supérieur (Hoffman, 1990a).

La compression engendrée lors de ces collisions est responsable du grain structural régional NW-SE à N-S qui affecte une majeure partie du SEPC. Les travaux récents du Ministère (Verpaelst et al., 2000; Hammouche et al., 2011, 2012; Simard et al., 2013; Lafrance et al., 2014, 2015, 2016; Charette et al., 2018; Mathieu et al., 2018), de la CGC (Corrigan et al., 2018) et de la communauté universitaire (Charette, 2016; Vanier et al., 2017, 2018; Henrique-Pinto et al., 2017, 2019; Godet, 2020; Godet et al., 2020a,b; Godet et al., 2021; Charette et al., 2021) révèlent toutefois que cette représentation du SEPC en trois parties est inadéquate.

Les nouveaux résultats permettent de proposer, dans le cadre de la synthèse du SEPC, une division en six domaines lithotectoniques distincts qui sont, de l’ouest vers l’est : la Fosse du Labrador, le Rachel-Laporte, le Baleine, le George, le Mistinibi-Raude et le Falcoz. La Fosse du Labrador ne fait pas l’objet de ce bulletin, car une synthèse lithotectonique et métallogénique est déjà disponible (Clark et Wares, 2004). Les cinq autres domaines sont décrits en détail dans leur Bulletin géologiQUE respectif.

Selon Wardle et al. (2002a), la Zone noyau représente un microcontinent archéen caractérisé par une croûte de 35 à 40 km d’épaisseur. Celui-ci est accolé à un fragment de la Province archéenne du Supérieur (Kuujjuaq domain de Wardle) séparé lors d’une période d’ouverture de rifts ayant mené à la formation de la Fosse du Labrador au début du Paléoprotérozoïque (2,17 à 1,89 Ga). Les observations de terrain récentes, la géochimie isotopique et la géochronologie ont permis de définir quatre domaines lithotectoniques différents formant le bloc amalgamé Zone noyau-Domaine de Kuujjuaq de Wardle et al. (2002a), c’est-à-dire les domaines de Baleine, de George, de Mistinibi-Raude et la partie ouest du Domaine de Falcoz. Ces domaines aux caractéristiques lithologiques distinctes, limités par des zones de cisaillement majeures, contrastent aussi par leur évolution tectonométamorphique ainsi que leur gamme d’âges de cristallisation. Le terme « Zone noyau », utilisé dans le texte ci-dessous afin d’en faciliter la lecture, représente un bloc formé de domaines lithotectoniques d’origines différentes amalgamés par des processus tectoniques. Nous considérons que les limites de ce bloc évoluent tout au long de son amalgamation. Dans son état final, il comprend l’ensemble des lithologies des domaines lithotectoniques situées à l’est de la Fosse du Labrador jusqu’à la Province de Nain, celle-ci étant représentée au Québec par le Domaine lithotectonique de Burwell. Il inclut donc aussi les domaines de Rachel-Laporte et de Falcoz, auparavant assignés respectivement aux orogènes du Nouveau-Québec et des Torngat. Les termes « Orogène des Torngat » et « Orogène du Nouveau-Québec » ne sont plus utilisés en tant que divisions lithotectoniques. Nous considérons plutôt que l’empreinte de ces orogénèses n’est pas limitée aux domaines précédemment inclus dans ces divisions, mais qu’elle se poursuit au sein même des différents domaines lithotectoniques auparavant regroupés sous le terme de « Zone noyau ».

L’Orogène des Torngat représente le résultat d’une série d’événements tectonométamorphiques qui se sont déroulés au Paléoprotérozoïque (1,89 à 1,81 Ga; Van Kranendonk et Ermanovics, 1990; Van Kranendonk, 1996; Wardle et Van Kranendonk, 1996; Ermanovics et Van Kranendonk, 1998; Wardle et al., 2002a; Charette, 2016). Elle débute par la collision oblique entre la Zone noyau et le Craton archéen nord-atlantique, ce qui double l’épaisseur de la croûte entre 1890 et 1850 Ma, et développant une structure transpressive en fleur à double vergence caractérisée par un axe central subvertical (Rivers et al., 1996; Wardle et al., 2002a). Ce processus a généré des conditions métamorphiques au faciès supérieur des amphibolites à celui des granulites. Cet épisode est suivi par une déformation par décrochement ou par transpression, entre 1845 et 1822 Ma, puis par un refroidissement permettant la cristallisation de leucosome vers 1810 Ma. Un épisode de réactivation et de soulèvement autour de 1790 à 1780 Ma été identifié à l’extrémité est de l’orogène (Rivers et al., 1996; Van Kranendonk, 1996). Au Québec, Verpaelst et al. (2000) limitaient l’Orogène des Torngat à un assemblage de gneiss granulitiques d’origines diverses, complètement remobilisé lors de l’orogénèse et dominé par un vaste système de zones de cisaillement senestres. Ce secteur correspond maintenant à la partie est du Domaine lithotectonique de Falcoz. Les récentes études tectonométamorphiques (Charette, 2016; Charette et al., 2021) indiquent toutefois que l’empreinte tectonothermale de l’Orogène des Torngat n’est pas limitée qu’aux roches granulitiques, mais s’étend vers l’ouest jusqu’au Domaine lithotectonique de Baleine. Seul le Domaine de Mistinibi-Raude semble avoir échappé à l’empreinte métamorphique de cette orogénèse.

Le bloc amalgamé, formé de la Zone noyau et du Craton nord-atlantique, est subséquemment entré en collision oblique avec le Craton du Supérieur lors de l’Orogénèse du Nouveau-Québec. En marge orientale du Craton du Supérieur, la ceinture volcano-sédimentaire de la Fosse du Labrador (ainsi que son arrière-pays) est alors plissée et chevauchée vers l’WSW sur celui-ci. Il en résulte des structures en duplex et une exposition du socle archéen par des dômes structuraux (tectonique à couche profonde), entraînant l’enfouissement et le métamorphisme au faciès des schistes verts à celui des amphibolites des séquences volcano-sédimentaires de la Fosse du Labrador et du Rachel-Laporte. La limite est de l’Orogène du Nouveau-Québec était précédemment marquée par le Domaine de Kuujjuaq (aussi appelé Terrane de Kuujjuaq; Wardle et al., 1990a; Perrault et Hynes, 1990). Celui-ci est dorénavant inclus dans le Domaine lithotectonique de Baleine qui s’étend vers l’est jusqu’à la Zone de cisaillement du Lac Tudor. Clark et Wares (2004) ont uniformisé la nomenclature stratigraphique de la partie québécoise de la Fosse du Labrador et ont divisé le Supergroupe de Kaniapiskau, qui regroupe l’ensemble des groupes et formations de la Fosse du Labrador, en trois cycles : deux cycles volcano-sédimentaires à la base, surmontés par un cycle de roches métasédimentaires de type molasse.

L’Orogène du Nouveau-Québec contraste grandement du point de vue du style de déformation et du degré de métamorphisme avec les unités granulitiques déformées à haute température de l’Orogène des Torngat. La Zone noyau est disséquée par de grandes zones de cisaillement NNW-SSE à N-S à mouvement dominant dextre, telles que les zones de cisaillement de la Rivière George et du Lac Tudor. À l’approche de l’Orogène des Torngat, des zones de cisaillement NW-SE à mouvement senestre, telles que les zones de cisaillement de Falcoz et de Moonbase, pourraient représenter des réseaux en cisaillement conjugués aux cisaillements dextres (Vanier et al., 2018; Vanier, 2019).

Les nouvelles données acquises dans le SEPC ont permis d’établir que l’évolution tectonométamorphique de cette province géologique au Paléoprotérozoïque n’était pas simplement le résultat du développement de ceintures orogéniques localisées de part et d’autre de la Zone noyau, mais que cette dernière représentait en fait un vaste domaine suprasolidus. Les observations de terrain, les travaux de géochronologie et les études tectonométamorphiques des dernières années démontrent que le socle gneissique archéen et la couverture sédimentaire ont été migmatitisés au Paléoprotérozoïque. En effet, les produits évolués de fusion partielle ont des âges de cristallisation généralement compris entre 1820 et 1810 Ma. Aussi, plusieurs évidences d’événements métamorphiques antérieurs à la collision avec le Craton du Supérieur ont été trouvées dans le SEPC, suggérant que l’évolution du SEPC est plus complexe que ce qui était précédemment envisagé.

Remerciements :

Ce Bulletin géologiQUE est le fruit de la collaboration de nombreuses personnes qui ont activement pris part aux différentes étapes de la réalisation du projet, notamment les géologues et étudiants ayant participé aux campagnes de terrain entre 2009 et 2017, les professeurs et étudiants ayant traité de problématiques spécifiques et régionales dans le cadre d’études universitaires ainsi que nos partenaires de la Commission géologique du Canada, du Geotop et du Jack Satterly Geochronology Laboratory.

Références

Publications du gouvernement du Québec

Autres publications