analyse stratigraphique des lithofaciès et faciès volcaniques

ANALYSE STRATIGRAPHIQUE DES LITHOFACIÈS ET FACIÈS VOLCANIQUES,
VOLCANOCLASTIQUES ET INTRUSIFS AU SUD DE LA VILLE DE ROUYN-
NORANDA
Par
Levin-Eduardo Castillo-Guimond
Mémoire présenté dans le cadre du cours de
Projet de fin d'études
(6GLG604)
Université du Québec à Chicoutimi Décembre 2009

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TABLE DES MATIÈRES
INTRODUCTION
P. 1
Problématique
P. 1
But et objectifs
P. 1
Méthodologie de travail de terrain et laboratoire
P. 2
Terminologie
P. 2
GÉOLOGIE
P. 6
Géologie générale
P. 6
Géologie locale
P. 8
Description générale des affleurements
P. 11
LITHOFACIÈS ET PÉTROGRAPHIE
P. 15
Description et interprétation
P. 22
A) lithofaciès volcanique mafique (LVM)
P. 22
B) lithofaciès volcanique felsique (LVF)
P. 22
C) lithofaciès intrusif mafique (LIM)
P. 23
D) lithofaciès volcanoclastique felsique (LVCF)
P. 24
DISCUSSION
P. 32
CONCLUSION
P. 35
REMERCIEMENTS
P. 36
RÉFÉRENCES
P. 37
Liste des figures
Nomenclature des roches pyroclastiques
P. 2
Séquence idéalisée des divisions de Bouma (1962)
P. 4
Séquence idéalisée des divisions de Lowe (1982)
P. 5
Géologie de la ceinture de l’Abitibi
P. 6
Géologie du complexe de caldeiras du Blake River
P. 7
Géologie du Groupe de Blake River
P. 8
Carte géologique et routière de la ville de Rouyn-Noranda
P. 9
Géologie en détails de la base de la caldeira de New Senator
P. 10
Première zone d’affleurements
P. 11
Deuxième zone d’affleurements
P. 12
Les deux petits affleurements
P. 13
Troisième zone d’affleurements
P. 14
Corrélation des lithofaciès et faciès volcaniques et volcanoclastiques
P. 16
Agrandissement des niveaux de volcanoclastites des sections stratigraphiques
P. 17
Photos du lithofaciès volcanique mafique sur le terrain
P. 26
Photos du lithofaciès volcanique mafique en lames minces
P. 27
Photos du lithofaciès volcanique felsique sur le terrain et en lames minces
P. 28
Photos du lithofaciès intrusif mafique sur le terrain et en lames minces
P. 29
Photos du lithofaciès volcanoclastique felsique sur le terrain
P. 30
Photos du lithofaciès volcanoclastique felsique en lames minces
P. 31
Modèle paléogéographique de la marge de la caldeira de New Senator
P. 33
Liste des tableaux
Répartition des échantillons sur les affleurements et les faciès
P. 15
Description et interprétation des lithofaciès et faciès
P. 18

iii
RÉSUMÉ
Le nouveau modèle du Groupe de Blake River a amené l’idée selon laquelle il serait le
résultat de trois caldeiras imbriquées, soit la megacaldeira de Misema (40 x 80km), la caldeira
de New Senator (15 x 35km) et celle de Noranda. (15 x 20km). Les dépôts volcanoclastiques
felsiques, les coulées de lave mafiques ainsi que les coulées de lave felsiques font partie de la
base de la caldeira de New Senator. Pour mieux comprendre les processus de formation, le
mode de transport, la fragmentation ainsi que le milieu de dépôt de ces roches archéennes, une
cartographie en détails et des sections stratigraphiques détaillées des lithofaciès et faciès
volcano-sédimentaires ont été effectuées. L’ensemble des lithofaciès de la zone d’étude a une
épaisseur de 120m et une longueur de 270m. Les lithofaciès suivants sont présents: 1) le
lithofaciès volcanique mafique (LVM) avec une épaisseur de 1 à 15m qui comprend les
faciès massifs (0.1 à 6m), coussinés (0.1 à 12m) et brèchiques (0.1 à 2.4m); 2) le lithofaciès
volcanique felsique (LVF) avec une épaisseur de 0,5 à 3m qui comprend les faciès massifs
(0.1 à 1.3m) et brèchiques (0.1 à 1.7m); 3) le lithofaciès intrusif mafique (LIM) avec une
épaisseur de 1 à 15.5m qui comprend le faciès des filon-couches (0.1 à 15.5m) et celui des
dykes (<1m); et 4) le lithofaciès des volcanoclastites felsiques (LVCF) avec une épaisseur de
1 à 10m qui comprend les faciès des tufs à blocs (1 à 1.5m), des tufs à lapilli (0.1 à 1.5m) et
des tufs (0.1 à 0.6m). Le LVM montre des coulées de lave effusives avec une brèchification
typique d’un milieu sous-marin. Le LVF avec les faciès massifs (lobés), et brèchiques
représente une coulée de lave sous-marine. Les volcanoclastites felsiques représentent une
fragmentation autoclastique des laves felsiques remaniée et déposée par les coulées gravitaires
de haute et de basse densité. Les courants de haute densité (divisions: R2, R3, S1, S2 et S3) et
ceux de basse densité (divisions: Ta ou S3 et Tb) ont formé des lits. Ces lits forment des
séquences positives («fining-upward sequences») d’une épaisseur de 5m en moyenne. Le LIM
représente les dykes et les filon-couches qui sont venus s’injecter suite à la déposition des
volcanoclastites dans un matériel non-consolidé pour les dykes puis consolidé pour les filons-
couches.
Le LVM est microporphyrique et est principalement composé de pyroxènes et de
plagioclases. Les laves mafiques sont microgrenues avec des pyroxènes à texture en plumes.
Le LVF est aphanitique à microporphyrique et est composé principalement de plagioclases, de
fragments et de phénocristaux de quartz (< 1%). Les laves felsiques présentent toutes une
structure d’écoulement. Les gabbros du LIM ont une texture subophitique et sont
principalement composés de pyroxènes et de plagioclases, tandis que les dykes sont
aphanitiques. Le LVCF est composé de fragments felsiques, de verres volcaniques, de
phénocristaux de plagioclase, de quartz ainsi que de minéraux opaques.
La reconstruction paléogéographique montre que cette séquence volcano-
volcanoclastique se trouve aux marges de la caldeira de New Senator avec des coulées de lave
mafiques interstratifiées avec un dôme felsique qui, avec une fragmentation autoclastique, a
produit les dépôts volcanoclastiques transportés par les coulées de densité.

1
INTRODUCTION
Les dépôts volcanoclastiques, présents dans tous les environnements, comme les arcs
océaniques ou continentaux, reflètent une période de volcanisme explosif ou effusif (Dimroth
et al. 1982). Ces dépôts sont souvent en relation sur le terrain avec des coulées de laves, des
roches pyroclastiques et des intrusions provenant du volcan ou du centre d’émission. L’étude
de ces dépôts, qui représentent les lithofaciès, est utilisée pour déterminer des milieux et/ou
des processus de dépôts.
De façon plus régionale, les dépôts de volcanoclastiques sont omniprésents dans les ceintures
de roches vertes comme la sous-province d’Abitibi. Ils sont associés avec des planchers sous-
marins ou des centres volcaniques sous-marins et subaériens archéens. De plus, ils sont
associés avec des caldeiras sous-marines archéennes, comme les caldeiras d’Hunter Mine
(Mueller et Mortensen 2002), de Normetal (Lafrance et al. 2000) et de Sturgeon Lake (Hudak
et al. 2003).
Les dépôts volcanoclastiques peuvent être primaires, soit pyroclastiques ou autoclastiques. De
plus, ces deux dépôts précédents peuvent être facilement remaniés, et peuvent donc être
secondaires. Dans un milieu sous-marin, la distinction entre les dépôts primaires et
secondaires est très difficile à faire, et cette étude tend à élucider cet aspect. Les dépôts
volcanoclastiques et volcaniques retrouvés dans le Groupe de Blake River près de Rouyn-
Noranda n’ont toujours pas fait l’objet d’une étude approfondie au niveau de leur pétrologie,
de leur texture et de leur structure. Leur compréhension pourrait cependant apporter des
éléments nouveaux pour le modèle actuel et pour l’exploration minière.
Problématique
Le groupe du Blake River a, jusqu’à tout récemment, été expliqué par la présence d’une seule
caldeira, celle de Noranda. Cependant, depuis peu, un nouveau modèle, amené par Pearson et
Daigneault (2009), a présenté le groupe du Blake River comme étant le résultat de la
formation de trois grandes caldeiras successives, celle de Misema, de New Senator et de
Noranda. Les dépôts volcanoclastiques peuvent faire partie d’un contexte de caldeira, car ils
sont en lien avec le volcanisme suivant l’effondrement de la caldeira. La problématique de
cette étude sera de voir si les volcanoclastites appartiennent à des coulées de laves ou à des
éruptions pyroclastiques.
But et objectifs
Le projet a pour but de caractériser les dépôts volcanoclastiques qui semblent être en lien avec
la caldeira de New Senator ainsi que les roches volcaniques et les intrusions présentes dans la
zone d’étude. La caractérisation se fera grâce aux structures sédimentaires et volcaniques et à
la pétrographie, pour identifier les composants des faciès. Cela permettra de déterminer
l’origine, les processus de transport et l’environnement de dépôts. Le projet ajoutera à la
compréhension de la géologie régionale et pourra fournir des indices pour des campagnes
d’exploration de nouveaux gisements.

2
Méthodologie de travail de terrain et laboratoire
Cette étude nécessitera l’utilisation de plusieurs méthodes dont une cartographie moderne des
lithofaciès et faciès volcaniques et volcanoclastiques. Pour commencer, un grillage au cinq
mètres a été fait sur le terrain pour permettre des mesures plus précises pour dessiner les
différents contacts fidèlement à l’échelle sur une carte géologique. Une carte géologique à
l’échelle 1:100 a été produite suite à ce travail. Basés sur cette cartographie, deux types de
colonnes stratigraphiques ont été produits. La première série rassemble les colonnes générales
à l’échelle 1:100 de tous les faciès présents sur l’affleurement à un endroit préalablement
choisi pour en entrecouper le plus possible. La deuxième série rassemble les colonnes
spécifiques aux volcanoclastites à l’échelle 1:20 montrant toutes les caractéristiques de
chacun des niveaux pour permettre d’interpréter les processus de mise en place.
Des échantillons ont été collectés sur chacun des lithofaciès de chaque affleurement pour
produire des lames minces. Ces lames minces serviront à l’analyse pétrographique des faciès
pour déterminer les composants, les altérations et la vésicularité des fragments. Finalement,
les colonnes, la carte et la pétrographie seront réunies pour analyser le terrain dans son
ensemble et ainsi produire un modèle montrant la formation des différents lithofaciès et
niveaux.
Terminologie
La description et la classification des volcanoclastites tiennent compte de trois facteurs
essentiels, qui sont: 1) la granulométrie, 2) la quantité des classes granulométriques dans la
roche et 3) la nature des composants. La granulométrie est mesurée selon la classification
granulométrique des clastes volcaniques de Fisher (1961). Cette classification contient quatre
catégories de granulométrie différentes. Les deux premières classes sont celles des cendres.
Les cendres fines («ash») sont les clastes volcaniques de moins de 0.0625 mm, les particules
entre 0.0625 mm et 2 mm sont les cendres grossières. La troisième classe est celle des lapilli
et comprend les particules d’une grosseur entre 2 et 64 mm. La dernière catégorie comprend
toutes les grosseurs de clastes de plus de 64 mm, c’est la classe des blocs et bombes.
Fig. 1. Nomenclature des roches pyroclastiques. En a), classification des pyroclastites en fonction de leur taille.
B: brèche, TB: tuf brèchique, LT: tuf à lapilli et T: tuf. En b) classification des tufs en fonction de la nature de
leurs composants (Schmid 1981).