Lithotectonic Framework of the Core Zone, Southeastern Churchill Province, Canada

The Core Zone, a broad region located between the Superior and North Atlantic cratons and predominantly underlain by Archean gneiss and granitoid rocks, remained until recently one of the less well known parts of the Canadian Shield. Previously thought to form part of the Archean Rae Craton, and later referred to as the Southeastern Churchill Province, it has been regarded as an ancient continental block trapped between the Paleoproterozoic Torngat and New Quebec orogens, with its relationships to the adjacent Superior and North Atlantic cratons remaining unresolved. The geochronological data presented herein suggest that the Archean evolution of the Core Zone was distinct from that in both the Superior and North Atlantic (Nain) cratons. Moreover, the Core Zone itself consists of at least three distinct lithotectonic entities with different evolutions, referred to herein as the George River, Mistinibi-Raude and Falcoz River blocks, that are separated by steeply-dipping, crustal-scale shear zones interpreted as paleosutures. Specifically, the George River Block consists of ca. 2.70 Ga supracrustal rocks and associated ca. 2.70–2.57 Ga intrusions. The Mistinibi-Raude Block consists of remnants of a ca. 2.37 Ga volcanic arc intruded by a ca. 2.32 Ga arc plutonic suite (Pallatin) and penecontemporaneous alkali plutons (Pelland and Nekuashu suites). It also hosts a coarse clastic cover sequence (the Hutte Sauvage Group) which contains detrital zircons provided from locally-derived, ca. 2.57–2.50 Ga, 2.37–2.32 Ga, and 2.10–2.08 Ga sources, with the youngest concordant grain dated at 1987 ± 7 Ma. The Falcoz River Block consists of ca. 2.89–2.80 Ga orthogneiss intruded by ca. 2.74–2.70 granite, tonalite, and granodiorite. At the western margin of the Core Zone, the George River Block and Kuujjuaq Domain may have been proximal by ca. 1.84 Ga as both appear to have been sutured by the 1.84–1.82 Ga De Pas Batholith, whereas at its eastern margin, the determination of metamorphic ages of ca. 1.85 to 1.80 Ga in the Falcoz River Block suggests protracted interaction with the adjacent Lac Lomier Complex during their amalgamation and suturing, but with a younger, ‘New Quebec’ overprint as well. The three crustal blocks forming the Core Zone add to a growing list of ‘exotic’ Archean to earliest Paleoproterozoic microcontinents and crustal slices that extend around the Superior Craton from the Grenville Front through Hudson Strait, across Hudson Bay and into Manitoba and Saskatchewan, in what was the Manikewan Ocean realm, which closed between ca. 1.83–1.80 Ga during the formation of supercontinent Nuna.RÉSUMÉLa Zone noyau, une vaste région située entre les cratons du Supérieur et de l’Atlantique Nord et reposant principalement sur des gneiss archéens et des roches granitiques, est demeurée jusqu’à récemment l’une des parties les moins bien connues du Bouclier canadien. Considérée auparavant comme faisant partie du craton archéen de Rae, puis comme la portion sud-est de la Province de Churchill, on l’a perçue comme un ancien bloc continental piégé entre les orogènes paléoprotérozoïques des Torngat et du Nouveau-Québec, ses relations avec les cratons supérieurs adjacents et de l’Atlantique Nord demeurant nébuleuses. Les données géochronologiques présentées ici permettent de penser que l’évolution archéenne de la Zone noyau a été différente de celle des cratons du Supérieur et de l’Atlantique Nord (Nain). De plus, la Zone noyau elle-même se compose d’au moins trois entités lithotectoniques distinctes avec des évolutions différentes, appelées ici les blocs de la rivière George, de Mistinibi-Raude et de la rivière Falcoz, lesquels sont séparées par des zones de cisaillement crustales à forte inclinaison, conçues comme des paléosutures. Plus précisément, le bloc de la rivière George est constitué de roches supracrustales d'env. 2,70 Ga, et d’intrusions connexes d'env. 2,70–2,57 Ga. Le bloc Mistinibi-Raude est constitué de vestiges d’un arc volcanique d'env. 2,37 Ga, recoupé par une suite plutonique d’arc d'env. 2,32 Ga (Pallatin) et de plutons alcalins péné-contemporains (suites Pelland et Nekuashu). Il contient également une séquence de couverture clastique grossière (le groupe Hutte Sauvage) renfermant des zircons détritiques de sources locales, âgés d'env. 2,57–2,50 Ga, 2,37–2,32 Ga et 2,10–2,08 Ga, le grain concordant le plus jeune étant âgé de 1987 ± 7 Ma. Le bloc de la rivière Falcoz est formé d’un orthogneiss âgé d'env. 2,89–2,80 Ga, recoupé par des intrusions de granite, tonalite et granodiorite âgées d'env. 2,74–2,70 Ga. À la marge ouest de la Zone noyau, le bloc de la rivière George et du domaine de Kuujjuaq peuvent avoir été proximaux il y a 1,84 Ga env., car les deux semblent avoir été suturés par le batholithe De Pas il y a environ 1,84–1,82 Ga, alors qu’à sa marge est, la détermination des datations métamorphiques de 1,85 à 1,80 Ga dans le bloc de la rivière Falcoz suggère une interaction prolongée avec le complexe adjacent du lac Lomier durant leur amalgamation et leur suture, mais affecté aussi d’une surimpression « Nouveau Québec » plus jeune. Les trois blocs crustaux formant la Zone noyau s’ajoutent à une liste croissante de micro-continents et d’écailles crustales « exotiques » archéennes à paléoprotérozoïques très précoces qui s’étalent autour du craton Supérieur depuis le front de Grenville jusqu’au Manitoba, à travers le détroit d’Hudson, la baie d’Hudson jusque dans le Manitoba et la Saskatchewan, là où s’étendait l’océan Manikewan, lequel s’est refermé il y a environ 1,83–1,80 Ga, pendant la formation du supercontinent Nuna

Formation des latérites nickélifères et mode de distribution des éléments du groupe du platine dans les profils latéritiques du complexe de Musongati, Burundi

Les latérites nickélifères de Musongati sont situées à l'est du Burundi (Afrique centrale). Elles se sont développées sur un complexe rocheux qui s'étend sur une unité ultramafique de ~ 29 km2 et une unité mafique de ~ 26 km2. Le complexe de Musongati s'inscrit dans un éventail plus large de roches mafiques et ultramafiques, formant un linéament continu de direction NE-SO, depuis le sud du Burundi jusqu'au lac Victoria. L'objectif principal de cette étude était de comprendre les processus à la base des concentrations élevées en éléments du groupe du platine (EGP) dans les horizons latéritiques de Musongati. Une centaine d'échantillons récoltés sur des forages orientés verticalement, dans les unités dunitique et péridotitique, ont été analysés pour les éléments majeurs et traces. Quatre des forages échantillonnés ont atteint la roche-mère (RM) sur 60 à 100 mètres de profondeur, et recoupent les cinq principaux horizons du profil latéritique: le sol latéritique (SL), la cuirasse (CU), la ferralite (FE) et la saprolite (SA). Les résultats de l'investigation pétrographique et géochimique montrent que les roches-mères des latérites nickélifères sont des dunites, des harzburgites et des péridotites à plagioclase. Les phases cumulus dans les dunites et les harzburgites sont l'olivine, la chromite et les sulfures. Dans les péridotites à plagioclase, les phases cumulus sont l'olivine, la chromite, les sulfures et le plagioclase. L'Au, le Cu, le Pd, le Pt et le Rh sont principalement contrôlés par les sulfures, alors que l'Ir, et possiblement le Ru et l'Os sont contrôlés en partie par les sulfures, mais aussi par les spinelles chromifères et l'olivine. Ainsi, la concentration des EGP dans les profils latéritiques est directement l'héritage de la roche-mère ultramafique. La présente étude suggère que la formation du profil latéritique de Musongati est le résultat d'un long processus d'altération intense et itérative des roches ultramafiques, sous les conditions subtropicales, suivant une dynamique essentiellement verticale, régulée par le régime des eaux souterraines. Les fluides latéritisants récents empruntent les mêmes itinéraires que ceux qui les précèdent, ou préparés par les altérations plus anciennes. Le front d'altération progresse au sein de la RM de haut en bas, et avec le temps, chaque horizon se développe au détriment de l'horizon sous-jacent. Les teneurs en éléments des terres rares (REE) de la RM totale, normalisées par rapport aux chondrites, montrent des spectres horizontaux. Les spectres des teneurs en éléments du groupe du platine (EGP), Ni, Cu et Au, normalisées par rapport au manteau (nm), montrent une pente positive, avec des rapports Pd/Irnm=29-44 et Ni/Irnm=l-3. Le niveau, l'allure et la pente des spectres des EGP et des REE dans la RM sont en accord avec un magma parent riche en MgO et d'affinité tholéiitique. Les horizons latéritiques montrent des spectres des REE et des métaux profondément modifiés par les processus supergènes. On observe une tendance généralisée d'enrichissement par rapport à la roche-mère des terres rares légères (LREE) le long du profil latéritique. Le Ce se distingue par son anomalie négative dans la SA, et son anomalie positive dans la FE, la CU et le SL, affichant un pic positif au niveau de la CU avec un rapport Ce/Ce* de 9.22 (Ce* = concentration virtuelle du Ce entre les concentrations de La et de Sm normalisées aux chondrites). Le Ce^+ peut alors être interprété comme étant successivement soluble et en partie oxydé en Ce^+ qui est préférentiellement précipité dans les phases secondaires d'altération par rapport aux autres REE trivalents. Les EGP dans la RM et dans la SA montrent des spectres normalisés par rapport au manteau semblables, suggérant un enrichissement résiduel. Cependant, leur inertie chimique est mise à rude épreuve dans les niveaux de surface, et particulièrement dans la CU, au niveau de laquelle on observe une anomalie négative du Pd et des anomalies positives du Pt et de l'or. Les rapports Pt/Pt*, Pt/Pd et Pt/Au montrent des maxima dans la CU de l'ordre de 3.92, 4.6 et 6.02 respectivement (Pt* = concentration normalisée du Pt entre les concentrations du Pd et du Rh normalisées au manteau). Les calculs de bilans de transfert de masse selon les méthodes de Gresens (1967), Nesbitt (1979), Brimhall et al (1991), Maclean et Barrett (1993) ont été effectués sur tous les horizons latéritiques en utilisant l'Ir et/ou le Ti comme éléments immobiles. Les résultats montrent que le Ce et la La sont ultra-enrichis dans la CU et le SL (gains de masse >100C%), enrichis dans la FE et la SA (gains de masse >100%). Les terres rares lourdes (HREE) se montrent toujours moins enrichies par rapport aux LREE dans tous les horizons latéritiques. Les calculs des transferts de matière pour les EGP montrent qu'ils peuvent être lessivés du SL, car ils enregistrent des pertes de l'ordre de 50%, même en utilisant l'Ir comme élément immobile. Le Pt et l'or marquent des maxima d'enrichissement dans la CU avec des gains parfois supérieurs à 500%, tandis que le Pd enregistre au même moment des pertes de plus de 50%. Une expérience à partir des procédés d'extraction chimique séquentielle des éléments a été effectuée sur 5 échantillons provenant du SL, de la CU, de la FE, de la SA et de la RM du forage 247. L'étude avait pour but de comprendre a) les formes chimiques et liaisons qui régissent les EGP, Au et Re dans les horizons latéritiques, suivant la matière à laquelle ces métaux sont associés, et b) les conditions sous lesquelles ils sont mis en solution ou précipités. Les résultats montrent que les EGP sont immobiles dans la roche-mère. L'or, le Pd, et le Pt sont mobilisés dans tous les horizons latéritiques, suivant l'intensité décroissante Au»Pd>Pt. Le Rh n'est mobilisé que dans la SA, et rarement dans la FE, sous les conditions oxydo-réductrices extrêmes. L'Ir et le Ru sont pratiquement immobiles. L'Os n'a pas pu être analysé. Ainsi, la latéritisation conduit à la redistribution des REE, EGP, Ni, Cu et Au. La redistribution se fait à travers une série de transformations successives des masses minérales de la roche-mère, sous une dynamique essentiellement verticale, en passant par la complication ou la simplification des édifices des minéraux secondaires, formés à partir des éléments individualisés, pouvant conduire à la sorption d'éléments complémentaires des solutions aqueuses. La désintégration différentielle des minéraux conduit probablement à la formation des différents colloïdes (colloïdes argileux, les colloïdes de fer, les colloïdes d'hydroxydes de Mn,...), ayant des degrés différents de sorption sélective. Les effets des différents ligands (la matière organique, les thiosulfates, les complexes hydroxylés) se sont probablement superposés aux effets d'adsorption. Les différences d'enrichissement entre les horizons est probablement le résultat des variations des barrières physico-chimiques, liées aux changements des conditions alcalino-acides et d'oxydo-réduction, intrinsèquement associées à la formation des sols

Early Kibaran rift-related mafic–ultramafic magmatism in western Tanzania and Burundi : Petrogenesis and ore potential of the Kapalagulu and Musongati layered intrusions

The Kapalagulu and Musongati intrusions are differentiated mafic–ultramafic intrusions, more than 1 km in stratigraphic thickness and several 10 s of km2 in size. They form part of the Kabanga–Musongati belt of intrusions in western Tanzania and Burundi. The intrusions of the Kabanga–Musongati belt were emplaced at ca 1.4 Ga into pelitic sediments of the Burundi and Karagwe–Ankolean Supergroups that accumulated during an early rifting phase of the Kibaran orogeny. The parental magmas to the intrusions were of picritic composition (ca 15% MgO) that assimilated variable amounts of sulfidic sedimentary rocks during emplacement. Modeling suggests that the Musongati magma assimilated ca. 5% of sedimentary material, whereas the Kapalagulu magma assimilated ca. 15% of sediment. Contamination caused enrichment of the magma and the cumulates in incompatible trace elements, the development of negative Nb–Ta–Ti anomalies, and crustal sulfur isotopic signatures (δ34S = + 4.5 to + 20). At Kapalagulu, contamination of the parent magma led to the formation of basal olivine melanorite cumulates. In the less contaminated Musongati intrusion dunites and harzburgites formed at the base. Both intrusions are prospective for magmatic Ni and PGE deposits. This is indicated by empirical observations, notably the presence of important Ni sulfide ores at Kabanga and reef-type PGE concentrations at Musongati and Kapalagulu. It is also supported by theoretical considerations, namely the high-magnesian composition of the parental magmas and the abundance of sulfides in the host sedimentary rocks. Weathering of the ultramafic rocks resulted in a thick lateritic crust that contains up to > 4 ppm PGE and, at Musongati, hosts one the world's largest Ni-laterite deposits