Light rare-earth elements enriched pegmatitic granite as tracers of crustal growth and differentiation processes : example of the Proterozoic Grenville Province, Quebec
Les granites pegmatitiques enrichis en éléments de terres rares légères marqueurs des processus de croissance et de différenciation crustale : exemple de la Province Protérozoïque de Grenville, Québec
Résumé
The Rare Earth Elements (REE) are of great economic interest and first order geological tracers. However, their metallogenic cycle remains poorly defined. The Grenville Province exposes its orogenic root and shows numerous REE occurrences that are especially associated with pegmatitic granite dykes (“PGD”) in the central Grenville. Two hypotheses can account for the genesis of these PGD, whether (i) the partial melting of the orogenic root composed of reworked Archean and/or Proterozoic pre-existing continental crust, or (ii) the extreme differentiation of mantle melts produced during post-orogenic extension. A multi-method approach (field geology, petrogeochemistry, geochronology and isotopy) allow to characterize the PGD and discuss their petrogenesis during the geodynamic evolution of the province. They intruded at ca. 1005-1000 Ma (U-Pb on monazite and zircon) metaplutons (mineralization hosted in allanite) or metasedimentary sequences (mineralization hosted in monazite) from the mid-pressure allochthonous crustal segment. U-Pb dating on monazite and apatite from a single leucosome of these migmatitic paragneisses evidence for a peak of metamorphism at ca. 1080-1050 Ma that was followed by a slow cooling at a rate of 2 to 6°C/Ma, first under suprasolidus conditions until the close to wet-solidus intrusion of PGD, and then under subsolidus conditions down to the 450-500°C isotherm dated at ca. 970-950 Ma. The intrusion of the PGD is coeval with the initiation as early as ca. 1005 Ma of the protracted (> 20 Ma) partial melting of underlying parautochthonous paragneisses. The peraluminous character of the PGD, the investigation of pristine magmatic zircon of the PGD (U-Pb-Hf-O isotopes and trace elements), and the petrogeochemical investigations of parautochthonous Paleoproterozoic-Archean metapelites that derive from the Laurentian margin’s erosion, points to the derivation of the PGD from their partial melting. To the contrary, one PGD derived from the reworking of allochthonous plutonic units is poorly mineralized in REE, and confirms that REE from the central Grenville occurrences are issued from crustal rocks of the Superior Craton
Les éléments de terres rares (ÉTR) sont des métaux de grand intérêt économique et des traceurs géologiques de premier ordre mais leur cycle métallogénique reste encore méconnu. La Province de Grenville expose sa racine orogénique et présente une grande concentration d’occurrences d’ÉTR, notamment associées à des granites pegmatitiques (« PGD ») dans le Grenville central. Deux mécanismes peuvent être à l’origine de ces PGD, (i) la fusion partielle d’une croûte continentale archéenne et/ou paléoprotérozoïque de la racine orogénique, ou (ii) l’extrême différenciation de magmas mantelliques produits en contexte d’extension post-orogénique. Une approche multi-méthodes (terrain, pétrogéochimie, géochronologie et isotopie) permet de caractériser ces PGD à ÉTR et de discuter leur pétrogénèse dans le cadre de l’évolution géodynamique de la province. Ils ont intrudé à ~1005-1000 Ma (U-Pb monazite et zircon) des métaplutons (minéralisation en allanite) ou des séries métasédimentaires (minéralisation en monazite) du segment de moyenne pression de la ceinture Allochtone. La datation U-Pb sur monazite et apatite d’un leucosome de ces paragneiss migmatitiques met en évidence un pic de métamorphisme au faciès granulite à 1080-1050 Ma suivi d’un refroidissement lent à un taux de 2 à 6°C/Ma, d’abord dans les conditions suprasolidus jusqu’à l’intrusion des PGD dans des conditions proches du solidus hydraté, puis dans des conditions subsolidus jusqu’à l’isotherme 450-500°C enregistré à 970-950 Ma. L’intrusion des PGD est synchrone de l’initiation dès ~1005 Ma de la fusion partielle prolongée (> 20 Ma) des métasédiments parautochtones sous-jacents. Le caractère peralumineux des PGD, l’étude de zircons néoformés des PGD (isotopes U-Pb-Hf-O et éléments traces), et l’étude pétrogéochimique des PGD et des métapélites paléoprotérozoïques à archéennes de la ceinture Parautochtone, issues de l’érosion de la marge de Laurentia, traduisent la formation des PGD par leur fusion partielle. Au contraire, un PGD issu de la remobilisation de plutons allochtones est peu minéralisé en ÉTR, confirmant que l’extraction des ÉTR de ces occurrences du Grenville central est associée à des roches d’affinité crustale du Craton du Supérieur
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