Historique

La Province de Grenville est une province géologique du Bouclier canadien. Elle tire son nom du village de Grenville situé sur la rive nord de la rivière des Outaouais, au Québec, et correspond au territoire des Laurentides dans la province de Québec. Les premières utilisations du terme Grenville proviennent des travaux de Logan en 1863, dans lesquels il introduit l’unité géologique « série de Grenville ». La série de Grenville désigne une succession de marbres et d’autres roches métasédimentaires cartographiés lors de ses travaux de reconnaissance le long de la rivière des Outaouais. La série de Grenville a remplacé l’appellation « système Laurentien » proposée antérieurement par Logan et Hunt (1855) pour désigner ces mêmes roches. Ultérieurement, son utilisation s’est étendue par association à toutes les roches similaires situées au nord du fleuve Saint-Laurent. Depuis, le nom « série de Grenville » a été remplacé par celui de « Supergroupe de Grenville » qui désigne les roches de la ceinture métasédimentaire centrale en Ontario, dans le nord de l’état de New York et le sud-ouest du Québec (Wynne-Edwards, 1972).

La notion de sous-province a été employée par Wilson (1925) pour séparer les terrains archéens (Sous-province de Timiskaming) des terrains protérozoïques (Sous-province de Grenville) de la Province du Saint-Laurent. Dès que les techniques de datation au K/Ar et au Rb/Sr ont permis d’établir des âges absolus (âges minimums dans ces cas), la notion de province tectonique a pris le pas sur les anciennes appellations qui sont devenues obsolètes (Stockwell, 1962, 1969, 1982). On parle depuis de la Province de Grenville. La discontinuité tectonique marquant sa limite nord-ouest a été étudiée dans l’ouest du Québec par Faribault et al. (1912) et dans le centre de l’Ontario par Collins (1925). Cette discontinuité a été nommée plus tard « zone de failles Huron-Mistassini » par Wilson (1949), puis « Front de Grenville » par Derry (1950).

La première subdivision de la nature interne de la Province de Grenville provient des travaux de Stockwell (1964) basés sur l’identification de segments ayant livré des âges prégrenvilliens différents. Par la suite, Wynne-Edwards (1972) divise la province en sept domaines principaux, en mettant en évidence un couloir étroit et parallèle au Front de Grenville, la « Zone tectonique du front de Grenville ». Bien qu’elle date de plus d’une trentaine d’années, plusieurs éléments de la terminologie de Wynne-Edwards (1972) sont encore utilisés dans la littérature actuelle. Plus tard, Rivers et al. (1989), en s’appuyant sur des critères tectoniques, magmatiques et métamorphiques, subdivisent la Province de Grenville en trois domaines: le Parautochtone, l’Allochtone polycyclique et l’Allochtone monocyclique. Les termes « monocyclique » et « polycyclique » sont basés sur la présence ou l’absence de fabrique prégrenvillienne. Plus précisément, l’Allochtone polycyclique est formé de roches ayant subi les différentes orogenèses prégrenvilliennes, tandis que l’Allochtone monocyclique correspondrait plutôt aux roches supracrustales qui ont subi uniquement une phase orogénique (l’Orogenèse grenvillienne). Comme il est maintenant reconnu que le métamorphisme grenvillien est très variable en intensité et en âge le long de la Province de Grenville (Rivers et al., 2012), les termes monocyclique et polycyclique ne sont plus utilisés.

Gower et Krog (2002) ont proposé une classification des périodes géologiques basée sur les orogenèses (avec compression dominante) et les évènements anorogéniques (avec extension dominante) et applicable à la partie est du Grenville. L’évolution de cette partie du Grenville s’échelonnerait sur plusieurs millions d’année, du Prélabradorien au Grenvillien. Une autre classification basée sur les éons géologiques (c.-à-d. géons) impliquant une échelle d’intervalle de temps géologique (Hofmann, 1990) est utilisée lors de l’établissement des environnements tectoniques dans le Grenville (par ex. Rivers, 1997; Indares et Moukhsil, 2013).

Description

Géologie

Au Québec, la Province de Grenville est divisée en deux parties, soit le Parautochtone et l’Allochtone. Les deux zones sont séparées par une structure majeure de chevauchement nommée Zone de charriage de l’Allochtone (Allochton Bundary Thrust = ABT) (Rivers et al., 1989). Le Parautochtone est constitué de roches principalement d’âge archéen en contact avec les roches de la Province du Supérieur et limitée au nord-ouest par le Front de Grenville situé près de la chaîne grenvillienne. L’Allochtone est composé de roches d’âge paléoprotérozoïque à mésoprotérozoïque. La Province de Grenville repose en grande partie sur des complexes de gneiss constitués de roches de haut grade métamorphique présentant une déformation ductile polyphasée et une fusion partielle importante. Elle contient aussi le plus grand nombrel (75 %) et les plus volumineuses intrusions anorthositiques connues dans le monde (Ashwal et Wooden, 1983).

Le Front de Grenville constitue une discontinuité majeure du continent nord-américain résultant de la collision de l’Allochtone avec les roches déjà en place (Autochtone) de la partie sud-est de la Province du Supérieur. Il est généralement accepté que le Front de Grenville est la première manifestation importante de la remontée de niveaux crustaux profonds de roches archéennes (Rivers et al., 1989; Indares et Martignole, 1989). Le Front de Grenville est une zone de fracturation et de mylonitisation le long de surfaces fortement à moyennement inclinées vers le sud-est et le sud. Cette zone témoigne du passage d’une déformation fragile à une déformation ductile en direction de l’orogène (Davidson, 1998). Le Front de Grenville ne se présente pas comme une faille unique ou une zone de mylonitisation bien définie sur toute sa longueur, bien que ce puisse être le cas dans certains secteurs. Dans la région du lac Lagacé (feuillet SNRC 32B14), le Front de Grenville est marqué par la Faille Buteux. Les éléments planaires et linéaires archéens du Parautochtone sont progressivement réorientés du nord au sud, d’une attitude de départ E-W marquant les effets de l’Orogenèse kénoréenne, à une attitude NE-SW finale reflétant les effets de l’Orogenèse grenvillienne (Bandyayera et al., 2004). Plus à l’est, dans la région du lac Vallard (feuillet 23C), la transition entre les roches du Parautochtone et celles du Supérieur est caractérisée par un étroit couloir de mylonitisation (Lamothe et al., 1998).

 

 

 

Évolution géologique

L’histoire géologique de la Province de Grenville s’échelonne sur plusieurs centaines de millions d’années. Dans les parties est et ouest du Grenville, plusieurs modèles d’évolution tectonique ont été proposés par différents auteurs (Rivers, 1997; Rivers et al., 1989; Dickin et Higgins, 1992; Gower, 1996; Carr et al., 2000; Dickin, 2000; Hanmer et al., 2000; Rivers et Corrigan, 2000; Gobeil et al., 2003; Gower et Krogh, 2002; Perreault et Heaman, 2003; Hynes et Rivers, 2010; Rivers et al., 2012; Corriveau, 2013; Rivers, 2014). Dans sa partie centrale, des descriptions d’épisodes géologiques basées sur des datations isotopiques ont été publiées par Hébert et al. (2009) lors de la synthèse du feuillet 22E au nord de la ville de Saguenay. L’histoire géologique présentée ici provient des travaux de Moukhsil et Solgadi (2018). Ces auteurs, sur la base de la classification de Gower et Krogh (2002), proposent un modèle géodynamique basé sur les différentes orogenèses et évènements qui ont affecté la Province de Grenville de 1900 à 986 Ma.

Archéen (>2500 Ma)

Le Parautochtone est composé d’anciennes roches plus vieilles que 2500 Ma. Il s’agit de roches supracrustales (métasédimentaires et métavolcaniques) et plutoniques très déformées. Ces roches sont corrélées à celles moins déformées au nord du Front de Grenville (par ex. Province du Supérieur) et correspondent à leur extension latérale d’orientation E-W. Dans la région du réservoir Manicouagan, le Complexe de Ulamen correspond au domaine parauchtone. En effet, les gneiss du Complexe de Ulamen sont composés d’une suite trondhjémite-granodiorite-granite (TTG) métalumineuse coïncidant avec le domaine des granites de type igné et à des granites d’arc volcanique, comme dans le cas des intrusions archéennes de la Ceinture de roches vertes de l’Abitibi (par ex. Moukhsil, 1996; Chown et al., 2002)

Orogenèse prélabradorienne (1900 à 1710 Ma)

Le Prélabradorien s’est échelonné sur une période de 200 Ma. Cette période a été définie par Gower et Krogh (2002) principalement dans la partie est du Grenville localisée au Labrador. En fait, le Prélabradorien devrait correspondre aux âges des roches contenues dans une fourchette comprise entre 2500 Ma et 1710 Ma. Gower (2012) cite plusieurs mises en place de roches avant le Labradorien, comme l’évènement orogénique de Eagle River (1810 à 1770 Ma). Mentionnons également la mise en place de granitoïdes dans le Terrane de Mealy Mountains entre 1782 et 1712 Ma (Gower et Krogh, 2002). Au Québec, lors de la période prélabradorienne (1900 à 1710 Ma), seul le Groupe de Gagnon (quartzite daté à 1875 ±43 Ma) y est reconnu dans la partion nord de la partie centrale du Grenville; celui-ci serait l’équivalent des roches de la Fosse du Labrador (Clarke, 1977; Rivers 1980). Par contre, d’autres roches du même âge ont été reconnues dans le secteur ouest du Parautochtone en Ontario. Toutes ces roches reposent en discordance sur les roches archéennes. Dans la région de Manicouagan, la discordance entre le Groupe de Gagnon et les roches archéennes n’est pas observable car la déformation grenvillienne au Mésoprotérozoïque a transposé les contacts (discordances), en plus de démembrer les unités paléoprotérozoïques (Moukhsil et al., 2013a). Sur le terrain, les paragneiss du Groupe de Gagnon sont intercalés avec les tonalites archéennes. L’étude des isotopes de soufre sur ces paragneiss a permis l’estimation de leur âge protérozoïque (Wing et al., 2012). Des éclogites ont été observées au nord du réservoir de Manic 5 (Cox et al., 1998), indiquant un enfouissement très profond des roches de cette région avant leur mise en place ultime. À noter que pendant le Prélabradorien, principalement entre ~1900 et 1790 Ma, une série d’orogenèses accrétionnaires comme les orogenèses du Pénokéen, du Makkovikien et du Kétilidien, ont affecté le continent Laurentia (Gower et Krogh, 2002 et 2003).

Évènement labradorien (~1710 et 1600 Ma)

Le Labradorien a été introduit par Gower et Krogh (2002, 2003) pour la partie est du Grenville, située au Labrador, pour définir une panoplie d’évènements correspondant à des mises en place en contexte d’accrétion dans un environnement d’arcs volcaniques. Le Labradorien couvre une période de 110 Ma et des intrusions plutoniques de cet âge sont observées dans l’est du Québec, comme le granite mégacristique de Deep Cove et la Suite intrusive de Mealy Mountains. Dans la partie centrale du Grenville, le Terrane de Molson Lake a été daté au Labrador à 1651 ±5 Ma (Gower et al., 1992) et semble se poursuivre au Québec. Dans les environs du réservoir Manicouagan, on observe : 1) un magmatisme mafique avec la mise en place du protolite à l’origine des lambeaux mafiques (métagabbro, métagabronorite et anorthosite) contenus dans le Complexe de Canyon, au sud du réservoir Daniel-Johnson (Manic 5) (1694 Ma; Dunning et Indares, 2010; Moukhsil et al., 2013a); 2) la mise en place du Complexe de Lelukuan (~1630 à 1650 Ma; Dunning et Indares, 2010); et 3) la mise en place de l’une des premières intrusions anorthositiques du Grenville, l’Anorthosite de Seignelay (1692 ±85 Ma; Indares et al., 1998). La géochimie d’un échantillon de métagabbronorite de lambeau mafique du Complexe de Canyon semble indiquer une mise en place dans un environnement d’arcs volcaniques. Le même environnement a été établi pour la Suite intrusive de Mealy Mountains (1660 +11/-9 Ma; Gower et Krogh 2003; Gower 2012) et le Granite mégacristique de Deep Cove à 1632 Ma à l’est de Blanc-Sablon. Selon Gower et Krogh (2002, 2003) et Gower (2012), les évènements suivants auraient eu lieu durant l’évènement labradorien, du côté du Labrador :

1. à la suite d’une collision, un magmatisme felsique calco-alcalin caractérisé par la mise en place du batholite translabradorien (~1654 à 1646 Ma) et des granites du Terrane de Molson Lake (1645 à 1651 Ma);
2. un amincissement crustal continu qui a favorisé un magmatisme trimodal (mafique, anorthositique et monzogranitique; ~1650 à 1620 Ma);
3. l’accrétion d’un arc externe favorisant le développement d’une marge passive (1600 Ma).

Ces évènements définis pendant le Labradorien pourraient également s’être produits dans la partie centrale du Grenville. Ce modèle ne peut cependant être confirmé dans la partie centrale en raison du manque de données géochronologiques.

Évènement wakamien (1600 à 1520 Ma)

L’évènement wakamien ou wakehamien couvre une période de 80 Ma et a été documenté par Gobeil et al. (2003) lors de la synthèse des travaux dans la partie est du Grenville (entre Sept-Îles et Havre-St-Pierre). Gower et Krogh (2002) n’ont pas reconnu d’importantes activités magmatiques ni sédimentaires wakehamiennes dans l’extrême est du Grenville. Dans la partie centrale, Moukhsil et al. (2011 et 2012) ont reconnu une activité magmatique ayant vu la mise en place de la Suite plutonique des Outardes (1528 ±30 Ma) qui se situe à l’intérieur de la fourchette d’âge wakehamien, à la même période que celles des roches du Groupe de Wakeham-est et du Complexe de Buit (1535 ±5 Ma, Wodicka et al., 2003). Dans la partie est du Grenville, il a été établi par Gobeil et al. (2003) que le Wakamien correspond à un évènement de déposition dans un bassin d’arrière-arc. Le Wakehamien qui, en terme d’âge, se situe entre le Labradorien et le Pinwarien, devrait correspondre à un environnement tectonique de marge passive à la suite de l’arrêt de la subduction à la fin du Labradorien (1600 Ma; Gower et Krogh, 2002). L’âge de 1528 ±30 Ma (Davis et al., 2015; Moukhsil et al., 2013b) obtenu pour la Suite plutonique des Outardes est peu précis; et si l’on tient compte du -30 Ma, alors l’âge estimé de cette suite pourrait aller jusqu’à 1498 Ma, ce qui coïnciderait plutôt avec le Pinwarien (1520 à 1460 Ma), qui constitue l’une des orogenèses les plus représentées dans les parties est et centrale du Grenville. Cela tend à indiquer que l’orogenèse pinwarienne est précoce dans la partie centrale du Grenville. La géochimie des roches de cette suite montre une signature d’un environnement tectonique intraplaque en extension identique à celui établi pour les roches ignées du Complexe de Buit (Madore et al., 1999). À noter que plusieurs auteurs, dont van Breemen et Corriveau (2005) et Bonnet et al. (2005), proposent que le volcanisme reconnu dans la partie sud-est du Groupe de Wakeham serait dû à une activité tectonique magmatique pinwarienne. En effet, ces roches ont été datées à 1520 Ma (roches volcaniques) et 1500 Ma (roches sédimentaires).

Orogenèse pinwarienne (1520 à 1450 Ma)

L’Orogenèse pinwarienne ou le Pinwarien couvre une période de 70 Ma et s’étend dans toute la Province de Grenville. Elle occupe une plus grande superficie que les évènements labradorien et wakamien réunis. Mis à part quelques lambeaux d’âge labradorien, le Pinwarien constitue le socle rocheux dans l’Allochtone et forme la base sur laquelle vont se former toutes les roches de la Province de Grenville. Le Pinwarien est interprété comme le résultat d’un magmatisme d’arc continental de marge continental qui correspond, dans la partie centrale du Grenville, à un épisode de magmatisme et de sédimentation, alors qu’il est principalement magmatique ailleurs dans le Grenville (au Québec, en Ontario et au Labrador). Il constitue l’une des orogenèses (1,52 à 1,45 Ga) les plus importantes dans la Province de Grenville, d’abord pour son étendue actuellement reconnue d’est en ouest, et aussi par le grand volume de roches plutoniques de cette période.

Évènement elsonien (1450 à 1230 Ma)

L’Elsonien représente l’évènement le plus long de l’Orogenèse du Grenville (230 Ma). Selon Stockwell (1964), il s’agit d’un épisode géologique caractérisé principalement par la mise en place des suites AMCG (anorthosite-mangérite-charnockite-granite) associées à des troctolites, à des gabbros et à des monzonites quartzifères. Selon Emslie (1978), l’Elsonien est caractérisé par un magmatisme anorogénique mis en place au centre du Labrador entre 1500 et 1400 Ma. Gower et Krogh (2002) ont défini l’Elsonien comme un évènement tectonique d’une durée de 220 Ma, allant de 1450 à 1230 Ma. Ils ont subdivisé l’Elsonien en trois sous-périodes : l’Elsonien précoce (1450 à 1350 Ma); l’Elsonien moyen (1350 à 1290 Ma); et l’Elsonien tardif (1290 à 1230 Ma).

 

Orogenèse elzévirienne (1230 à 1180 Ma)

L’Orogenèse elzévirienne a été introduite pour l’intervalle de 1300 à 1200 Ma par Moore et Thompson (1980) dans le sud-ouest de la Province de Grenville, lors de l’étude du Groupe de Flinton en Ontario. Mclelland et al. (1996) l’avaient définie entre 1350 et 1180 Ma, alors que Rivers et al., (2012) ont attribué à ces roches un âge de 1245 à 1225 Ma. Bien que cette orogenèse n’est pas associée à la partie est du Grenville, du côté du Labrador, Gower et Krogh (2002) lui ont octroyé une fourchette d’âge de 1230 à 1180 Ma. Dans la partie ouest du Grenville québécois, les sédiments de la Suite supracrustale de Rabot du Domaine de Caïn ont retourné un âge maximum de 1217 Ma (David et al., 2009). Il a été établi que la compression a repris avec l’orogenèse accrétionnaire elzévirienne et que, pendant cette période, la Ceinture métasédimentaire centrale s’est accrétée au continent Laurentia pour se développer en environnement d’arc (Moore et Thompson, 1980; Gower et Krogh, 2002; Corriveau, 2013).

Dans la partie centrale du Grenville, la mangérite verdâtre du Complexe de Canyon a retourné un âge de 1222 Ma avec une grande incertitude de ±72 Ma. La géochimie de ces mangérites, ainsi que celle des granites associés à ce complexe, indiquent une mise en place entre un environnement d’arc volcanique et un environnement intraplaque. En raison du manque de données géologiques pour cette période dans la partie centrale du Grenville, aucun modèle géodynamique n’a été proposé.

Évènement adirondien (1180 à 1080 Ma)

L’évènement adirondien s’échelonne sur une période de 100 Ma et est bien documenté dans la Province de Grenville. Il est caractérisé, tout comme l’Elsonien, par la mise en place d’énormes volumes de suites anorthositiques de grande envergure à l’échelle de la Province de Grenville dans un bassin arrière-arc, lors d’un évènement d’extension crustale. La présence d’une composante d’arc avec la mise en place du Complexe de Baie-Comeau (1101 Ma) permet d’évoquer, quant au modèle applicable à la partie centrale du Grenville, un mélange d’extension et de compression avec la présence d’une masse continentale, probablement de l’Amérique du Sud (Amazonia?).

Orogenèse grenvillienne (1080 à 985 Ma)

L’évènement orogénique grenvillien est caractérisé par un magmatisme de grande envergure et une déformation intense, accompagnés d’un métamorphisme prograde. L’Orogenèse grenvillienne dure environ 100 Ma, entre 1080 et 985 Ma (Gower et Krogh, 2002) ou entre 1090 à 980 Ma (Rivers et al., 2012). Cependant, tous les auteurs sont d’accord pour affirmer que le Grenville représente la racine profonde d’une ancienne chaîne de montagnes comparable à celle de l’Himalaya actuel, et qu’elle correspond à une chaîne de collision continent-continent entre un domaine autochtone (Archéen et Protérozoïque) et un domaine allochtone (Mésoprotérozoïque). Selon Rivers (1997), Carr et al. (2000) et Rivers et al. (2012), l’Orogenèse grenvillienne correspond à deux grandes phases orogéniques (pulsations) de raccourcissement crustal, soit les phases d’Ottawa (~1090 à 1020 Ma) et de Rigolet (1005 à 980 Ma). Avant ces deux phases orogéniques, l’Orogenèse de Shawinigan a eu lieu entre 1190 à 1140 Ma (Rivers et al., 2012), contenu en partie dans l’évènement adirondien de Gower et Krogh (2002). Dans la partie centrale du Grenville, ces pulsations auraient également eu lieu, mais à des âges différents de ceux décrits par Rivers (1997). Gower et Krogh (2002) ont subdivisé l’Orogenèse grenvillienne en trois périodes :

1. le Grenville précoce (1080 à 1050 Ma);
2. le Grenville moyen (1050 à 1018 Ma);
3. le Grenville tardif (1018 à 985 Ma).

Grenville précoce (1080 à 1050 Ma)

Le Grenville précoce, d’une durée de 30 Ma, est caractérisé par une activité magmatique plutonique avec la mise en place de volumes importants de magma felsique à mafique. Dans la partie centrale du Grenville, le Grenville précoce est marqué par la mise en place de magma mafique (la Suite anorthositique de Tétépisca, 1051 Ma) et la Suite de Louis (gabbro et gabbronorite, 1060 Ma). La mise en place de tous ces volumes de roches mafiques indique un environnement de mise en place d’extension crustale.

 

 

Grenville moyen (1050 à 1018 Ma)

Le Grenville moyen couvre une période de 32 Ma. Il est caractérisé par une activité magmatique dans toute la Province de Grenville. Dans la partie centrale du Grenville, cet épisode correspond à la mise en place de la Suite plutonique de Trémaudan (syénite quartzifère datée à 1028 Ma). La signature géochimique de ces roches riches en K₂O, d’affinité shoshonitique et marquées par une anomalie négative en Nb, indique une fin de subduction et une mise en place pendant la collision. L’âge du pic métamorphique (faciès des granulites) est différent le long de la Province de Grenville. Dans le Grenville central (région de Manicouagan), il a été établi entre 1080 à 1050 Ma (épaississement de la croûte; Dunning et Indares, 2010; Rivers et al., 2012 et les références incluses). Moukhsil et al. (2009) ont défini un pic métamorphique à 1034 Ma dans un quartzite dans la région de Baie-Comeau. Le Grenville moyen est considéré comme l’apogée de l’Orogenèse grenvillienne puisque cette période est caractérisée par l’édification de sa chaîne de montagne.

Grenville tardif (1018 à 985 Ma)

Le Grenville tardif couvre une période de 33 Ma et est reconnu dans toute la Province de Grenville. Il est marqué par la mise en place de magma alcalin de composition felsique à intermédiaire, et mafique (anorthosite, troctolite). Dans la partie centrale, cette période est caractérisée surtout par la mise en place de magmas intermédiaires (mangérite; 1015 à 1017 Ma) mis en place dans un environnement anorogénique. Le Grenville tardif correspondrait donc à un contexte d’extension crustale attribuable à un effondrement gravitaire, avec une perte de la racine due à l’affaissement de l’empilement crustal lors de son refroidissement.

Post-Grenville (<985 Ma)

Le Post-Grenville ou postgrenvillien correspond aux roches plus jeunes que 985 Ma (Gower et Krogh, 2002). Trois groupes d’âge sont identifiés dans la Province de Grenville : 1) des âges s’approchant de ceux du Grenville tardif, compris entre 985 et 950 Ma; 2) des âges plus jeunes compris entre 650 et 500 Ma; et 3) un âge triassique à 214 ±1 Ma. Les âges du premier groupe impliquent que l’extension du tardi-grenvillien se poursuit dans l’ensemble de la Province de Grenville jusque vers 950 Ma. Le deuxième groupe d’âge comprend principalement des roches alcalines comme les syénites et les carbonatites. Higgins (1982) relie la mise en place de ces intrusions à l’ouverture du rift du Saint-Laurent ou à la formation de l’océan Iapetus. Finalement, les roches postgrenvilliennes datées à 214 ±1 Ma correspondent aux roches du cratère d’impact de Manicouagan (Hodych et Dunning, 1992).

Références