Le Complexe de Mistinibi a été défini en tant qu’unité lithodémique formelle par van der Leeden (1994) pour décrire les lithologies affleurant dans la région du lac Mistinibi (van der Leeden, 1986, 1995). Une compilation régionale réalisée par les géologues du ministère en 2003 avait permis de subdiviser le Complexe de Mistinibi en une vingtaine d’unités et de sous-unités, certaines toujours de nature lithologique. Van der Leeden (1994) avait inclus dans le Mistinibi des unités d’amphibolites, de métavolcanites mafiques, de métagabbro, d’intrusions intermédiaires, d’intrusions ultramafiques, de gneiss et de granite. La synthèse régionale de l’ensemble de la Province de Churchill (Lafrance et al., 2018) a permis d’uniformiser la nomenclature de cette unité au sein du Domaine lithotectonique de Mistinibi-Raude (Charette et al., 2019). Le Complexe de Mistinibi est maintenant composé uniquement de paragneiss, de diatexite et de granite interprété comme le résultat d’un processus de fusion de ces unités d’origine sédimentaire. Le Mistinibi nouvellement redéfini a été subdivisé en quatre unités informelles (pPmis1 à pPmis4).

Le Complexe de Mistinibi représente la principale unité métasédimentaire du Domaine lithotectonique de Mistinibi-Raude. Elle comprend des paragneiss plus ou moins migmatitisés de différentes compositions (métatexite à diatexite) et inclut des granites d’anatexie. Ce complexe est divisé en quatre unités informelles : 1) une unité de paragneiss potassique migmatitisé (pPmis1); 2) une unité de paragneiss migmatitisé à biotite et grenat (pPmis2); 3) une unité de diatexite (pPmis3); et 4) une unité de granite d’anatexie à enclaves de paragneiss (pPmis4).

À proximité des zones de déformation, les paragneiss et les diatexites du Complexe de Mistinibi développent une fabrique mylonitique confinée à des niveaux déformés décamétriques à hectométriques. Ces niveaux montrent également des rubans de quartz caractérisé par des sous-grains et une forte extinction roulante ainsi que par la présence de porphyroclastes dans une matrice très finement recristallisée.

En affleurements, le paragneiss de l’unité pPmis1 inclus couramment des niveaux décimétriques à métriques d’amphibolite à grain fin, parfois étirés et boudinés. Il est presque systématiquement coupé par des injections centimétriques à métriques de granite blanc grossièrement grenu similaire à celui de l’unité pPmis4. Une diatexite du même type que celle constituant la sous-unité pPmis3a est observée en niveaux décimétriques au sein des paragneiss migmatitisés et est interprétée comme un produit de fusion partielle plus évolué.

Complexe de Mistinibi 1 (pPmis1) : Paragneiss potassique migmatitisé

Le paragneiss de l’unité pPmis1 se présente généralement comme une roche finement grenue, moyennement à très bien recristallisée, gris pâle à gris moyen en surface fraîche avec une patine d’altération gris pâle ou brun rouillé. La roche possède une structure rubanée marquée par l’alternance de niveaux centimétriques à métriques caractérisés par des variations dans la proportion des minéraux principaux. Cette structure est accentuée par la présence de 2 à 30 % de rubans millimétriques à décimétriques de leucosome blanchâtre à rosé de composition granitique et moyennement à grossièrement grenus. Ces rubans sont communément plissés, boudinés ou discontinus et définissent une structure en filet ou stromatique. Par endroits, le leucosome contient des cristaux de grenat millimétriques à centimétriques. Les colorations réalisées sur ces paragneiss mettent en évidence l’abondance du feldspath potassique (5 à 35 %) et sa répartition hétérogène. Certains rubans sont dépourvus de feldspath potassique, alors qu’il est abondant dans d’autres. En général, le leucosome est plus riche en feldspath potassique que le paragneiss (restite). Les minéraux ferromagnésiens (7 à 20 %) sont bien alignés dans la foliation et consistent en biotite brune à rouge accompagnée localement de hornblende verte.

Le paragneiss montre généralement une orientation préférentielle des minéraux de la matrice, des porphyroclastes de feldspath potassique et de plagioclase, une réduction de la granulométrie en bordure de grains et des rubans de quartz polycristallins. Lorsque présent, le grenat forme des porphyroblastes millimétriques à centimétriques syncinématiques, communément fracturés. Ils sont entourés d’une matrice broyée et forment par endroits des structures sigmoïdales. Owen (1989) a observé des niveaux leucocrates pouvant contenir jusqu’à 25 % de grenat. Localement, de la sillimanite prismatique alignée dans la foliation a aussi été identifiée. Les minéraux accessoires (apatite, zircon, épidote, sphène, minéraux opaques, allanite, muscovite, chlorite et rutile) sont présents en quantités variables et se trouvent en général associés à la biotite. Dans le secteur au nord du lac aux Goélands (portion nord du feuillet 23P08 et portion sud du feuillet 23P09), le grenat apparaît sous la forme de pœciloblastes centimétriques verts partiellement remplacés par la chlorite et la biotite verte, ce qui indique un métamorphisme rétrograde.

Van der Leeden (1994, 1995) a identifié des niveaux de schiste à biotite contenant par endroits du grenat, de la cordiérite, de la sillimanite, de la muscovite et du graphite. Bélanger (1984) et Danis (1991) rapportent aussi l’existence de niveaux graphiteux au sein de l’unité pPmis1. Près du contact avec le Batholite de Mistastin (mPmit), des porphyroblastes de cordiérite et de muscovite ont été observés, de même que des agrégats d’hercynite verte et, par endroits, des amas de cordiérite entourant la sillimanite (Owen, 1989). Dans certains secteurs, le paragneiss comprend aussi un paraschiste riche en quartz (40 %) et en muscovite (10 %).

La sous-unité pPmis1a regroupe les paragneiss à hypersthène observés principalement à la bordure est du Complexe de Mistinibi, à proximité du contact avec le Batholithe de Mistastin. En affleurement, le paragneiss de cette sous-unité est comparable à celui de l’unité pPmis1, sauf à quelques endroits où il présente une patine d’altération brun-verdâtre. L’orthopyroxène est la plupart du temps aisément identifiable à l’oeil nu, mais il se présente par endroits en cristaux fins qui ne sont reconnaissables qu’au microscope. Des nodules gris-brunâtre de dimension centimétrique sont localement observés dans le paragneiss de la sous-unité pPmis1a. Ceux-ci sont formés de grenat xénomorphe partiellement à complètement remplacé par l’orthopyroxène, le plagioclase et de fines paillettes de biotite qui définissent une structure coronitique. Localement, l’andalousite est observée en amas en association avec la cordiérite. La présence de cordiérite et d’andalousite d’une part, ainsi que la rétromorphose du grenat en orthopyroxène et plagioclase d’autre part, pourraient être associées au métamorphisme de contact relié à l’intrusion du Batholite de Mistastin dans le paragneiss et la diatexite du Mistinibi.

Complexe de Mistinibi 2 (pPmis2) : Paragneiss migmatitisé à biotite et grenat

Le paragneiss de l’unité pPmis2 se distinguent du paragneiss de l’unité pPmis1 par un contenu moins important en feldspath potassique (<3 %).

L’unité pPmis2 est formée de gneiss quartzofeldspathique (interprété comme du paragneiss) gris moyen à gris foncé qui présente une granulométrie fine à moyenne. Sa patine d’altération est d’un gris plus foncé, quelquefois brunâtre. Ce paragneiss plus ou moins recristallisé montre un rubanement migmatitique représenté par 10 à 30 % de rubans centimétriques de leucosome blanc ou localement rosé à granulométrie moyenne à grossière. Ces rubans sont couramment bordés d’un liséré de biotite et de muscovite et sont par endroits lenticulaires et plissés. Contrairement à l’unité pPmis1, le rubanement associé aux variations de composition n’est pas toujours présent. La composition de ce paragneiss varie de felsique à intermédiaire. Il comprend 10 à 25 % de biotite brune accompagnée ponctuellement de muscovite, de grenat et de sillimanite fibreuse (fibrolite). Lorsque présent, le grenat constitue des porphyroblastes ou des pœciloblastes syncinématiques parfois caractérisés par des fractures remplies de chlorite. Les minéraux accessoires sont peu abondants et comprennent la magnétite, l’épidote, l’apatite, le zircon, la chlorite, l’allanite et la tourmaline. On reconnaît par endroits des porphyroclastes subarrondis et lenticulaires de plagioclase flottant dans une matrice fine partiellement à complètement recristallisée.

Par endroits, le paragneiss présente une composition intermédiaire et est caractérisé par un contenu plus important en minéraux ferromagnésiens (25 à 60 %). Dans ces secteurs, les minéraux ferromagnésiens sont formés de biotite brun-vert, de hornblende vert pâle ou d’actinote. La roche bien recristallisée contient également de l’épidote et du sphène idiomorphes en quantités non négligeables (1 à 15 %). L’amphibole est généralement plus grossière et pœcilitique.

Complexe de Mistinibi 2a (pPmis2a) : Paragneiss à grenat, sillimanite et graphite avec niveaux de marbre et de quartzite

Dans le secteur sud-est de la région du lac Mortel (feuillet 23P10), Owen (1989) rapporte l’existence de paragneiss calcique et de niveaux de marbre et de quartzite. Ces lithologies ont été regroupées dans la sous-unité pPmis2ab. Cet auteur mentionne que le paragneiss est très semblable à celui de l’unité pPmis2, sauf pour la présence de sillimanite et de graphite qui ont été reconnus de façon plus soutenue. Les roches carbonatées sont formées de calcite, d’olivine complètement serpentinisée et de talc. Des zones rouillées comprenant principalement de la pyrite et de la pyrrhotite associées localement à la chalcopyrite ont été observées dans le paragneiss. Le quartzite contient plus de 80 % de quartz avec moins de 5 % d’un minéral vert (diopside?).

Complexe de Mistinibi 3 (pPmis3) : diatexite dérivée de paragneiss

La diatexite est hétérogène et comporte, en général, 10 à 30 % d’enclaves décimétriques à métriques plus ou moins assimilées de paragneiss migmatitisé (rafts) similaires à celui de l’unité pPmis1. La patine d’altération varie de gris brunâtre clair à gris moyen. Un rubanement discontinu, irrégulier et parfois chaotique, caractéristique des migmatites, est révélé par la présence de bandes de leucosome centimétriques à décimétriques et de 10 à 30 % de schlierens (mélanosome) millimétriques de biotite associés à du grenat et à de la sillimanite par endroits. La diatexite semble passer graduellement à un granite d’anatexie blanc leucocrate similaire à celui de l’unité pPmis4. Localement, des injections et des amas décimétriques à métriques de granite blanc coupent le rubanement migmatitique de la roche.

La diatexite de l’unité pPmis3 est caractérisée par une structure hétérogranulaire reliée à la présence de porphyroblastes idiomorphes à subidiomorphes de plagioclase non jointifs (0,5 à 2 cm). Le feldspath potassique est généralement réparti de manière inégale entre les rubans et les niveaux formant la roche. Par endroits, la diatexite renferme entre 10 et 35 % de porphyroblastes de feldspath potassique blanchâtre de 0,5 à 4 cm de longueur. Dans les zones de déformation, ces porphyroblastes sont lenticulaires. Le quartz (15 à 30 %) forme de grandes plages composées de sous-grains. Celles-ci définissent par endroits une structure en mosaïque et montrent une extinction roulante nette. La biotite brun-rouge comprend de nombreuses inclusions de zircon. De petits cristaux (<5 %) de grenat précinématiques à syncinématiques, par endroits pœcilitiques, sont communs, alors que la sillimanite est rare. Certaines roches comprennent de la hornblende répartie de façon homogène ou restreinte à certains niveaux. Les minéraux accessoires sont assez abondants, principalement les minéraux opaques, la muscovite, l’allanite et l’épidote, accompagnés de quantités moindres de sphène, d’apatite, de graphite et de carbonate. Par endroits, la chlorite (rétrograde) a été observée en association avec la biotite et le grenat. 

Complexe de Mistinibi 3a (pPmis3a) : Diatexite à hypersthène dérivée de paragneiss

La diatexite de la sous-unité pPmis3a est similaire à celle de l’unité pPmis3 à l’exception du fait qu’elle contient de l’hypersthène. En plus de l’orthopyroxène, la sous-unité pPmis3a comprend localement du clinopyroxène.

Complexe de Mistinibi 4 (pPmis4) : Granite d’anatexie à enclaves de paragneiss

Les affleurements blanchâtres à beiges de l’unité pPmis4 présentent un aspect homogène et massif, localement bien folié. Malgré cette apparente uniformité en affleurements, les colorations et les analyses géochimiques indiquent que la roche contient de 20 à 35 % de feldspath potassique et que sa composition varie de granite à granodiorite. Des enclaves de paragneiss et de diatexite sont régulièrement observées à l’intérieur des granitoïdes. Il est fort probable que cette unité représente un granite d’anatexie issu de la fusion partielle ayant affecté les unités de paragneiss et diatexite qui représentent l’essentiel du Complexe de Mistinibi. Les granitoïdes montrent des structures magmatiques bien préservées, mais une recristallisation partielle en bordure des grains est visible en lames minces. La muscovite est toujours présente (1 à 10 %) et les minéraux ferromagnésiens sont peu abondants (<5 %). Le grenat et la biotite forment localement des schlierens millimétriques. Par endroits, le grenat constitue des porphyroblastes entourés de biotite rétrograde. De l’épidote, des minéraux opaques et de la sillimanite sont aussi observés dans certaines lames minces.

Une étude pétrochronologique réalisée par Godet et al. (2020) dans deux échantillons de paragneiss migmatitisé du Complexe de Mistinibi a permis de circonscrire les périodes de déposition et de fusion de cette unité. Les analyses de zircons détritiques font ressortir plusieurs populations d’âge, principalement entre 2350 et 2360 Ma, mais aussi à 2310 Ma et 2400 Ma. L’âge détritique le plus jeune indique un âge maximale de dépôt à 2220 Ma. Les âges obtenus sur des analyses de zircon, de monazite et de grenat indiquent que le protolite existait depuis moins de 100 Ma avant d’être soumis à un métamorphisme de haut-grade (Godet et al., 2020). Les données indiquent aussi que les conditions anatectiques ont perdurées sur 55 à 75 Ma (2145 à 2070 Ma).