Province de Grenville : une province géologique à découvrir pour son potentiel minéral en minéraux critiques et stratégiques

Auteurs : Abdelali Moukhsil et Mhamed El Bourki (MRNF)

À l’été 2023, trois secteurs de la Province de Grenville ont fait l’objet d’une étude de plusieurs indices en éléments de terres rares (ETR) ± Nb + Th ± Y ± Zr. Le secteur I se trouve dans la région du réservoir Daniel Johnson sur la Moyenne-Côte-Nord (feuillets SNRC 22K06, 22K07, 22K10, 22K11 et 22K15), le secteur II est localisé au nord et au NW de la région du Lac-Saint-Jean (feuillets 32A15, 32H01, 32H/02, 32H07 et 32H08), alors que le secteur III se situe au NW de la ville de La Tuque (feuillets 31P11, 31P14, 32A03, 32A04 et 32B01).

La première étape de cette étude a consisté en une compilation des minéralisations de ce type touchant l’ensemble de la portion québécoise de la Province de Grenville. Cette compilation traite des caractéristiques de chaque indice, particulièrement la minéralogie (minéraux porteurs de la minéralisation, minéraux associés), les roches hôtes, l’âge de la minéralisation, le mode de mise en place, etc. Dans une seconde étape entamée à l’été 2023, plusieurs indices ont fait l’objet d’une étude plus poussée impliquant une cartographie détaillée, l’analyse par microXRF et à la microsonde d’échantillons minéralisés, des études géochronologiques (U-Pb) et isotopiques (isotopes Hf-Lu). Les objectifs de ces travaux visent à bien caractériser ces minéralisations afin de les situer dans les différentes classifications existantes et de définir les environnements métallogéniques de mise en place. En effet, les indices de ETR ± Nb + Th ± Y ± Zr des trois secteurs étudiés et de la Province de Grenville en général sont associés à des roches hôtes particulières (dykes de pegmatite granitique, dykes de syénite pegmatitique ou à grain grossier avec ou sans néphéline, plutons granitiques ou syénitiques, dykes de carbonatite). Elles se distinguent par une dominance de l’allanite ou de la monazite et par la présence de carbonate de terres rares (parisite, bastnäsite), thorite, apatite et xénotime. Ces caractéristiques varient d’un secteur à l’autre indépendamment de l’âge des roches hôtes ou de la nature des roches encaissantes traversées par les dykes minéralisés (intrusions et/ou paragneiss). Ainsi, dans le secteur I, les datations de ces dykes coïncident avec la période grenvillienne tardive (1005 à 960 Ma), alors que dans le secteur II et III, les âges de mise en place correspondent au Grenville moyen et tardif (entre 1090 et 1020 Ma).

Auteurs : Bertrand Rottier, Pedro Alves, Samuel Coulombe, Carl Guilmette, Antoine Godet, Théo Royet, Christian Dupuis (Université Laval), Abdelali Moukhsil (MRNF), Joshua Davies, Morgann Perot (UQAM) et Jeffrey Marsh (Université Laurentienne)

Les dykes de pegmatites granitiques post-tectoniques non déformés à peu déformés sont communs dans les ceintures orogéniques de haut grade métamorphique (amphibolite à granulite). Certains de ces dykes présentent des enrichissements notables en terres rares (ETR) légères, Nb, Ta, Th et U lesquels ne présentent généralement pas de relations temporelle et/ou spatiale avec des intrusions granitiques. Cette absence de lien génétique nous interroge sur la source des magmas minéralisateurs et les processus d’enrichissement en métaux critiques de ces magmas granitiques. La Province géologique de Grenville représente un laboratoire parfait pour mieux comprendre la genèse de ces pegmatites riches en ETR en raison du nombre important de dykes minéralisés localisés au sein de la ceinture allochtone de pression moyenne (« Mid-P belt »). Pour cette étude, 9 pegmatites granitiques riches en ETR légères (entre 0,3 et 2,8 % poids ETR) présentent dans la région de la Haute-Mauricie et du nord du Lac-Saint-Jean ont été datées (U-Pb sur zircon) et caractérisées minéralogiquement et chimiquement. Ces intrusions forment des dykes métriques isolés ou sous la forme de champs filoniens pouvant avoir une étendue kilométrique. Elles recoupent sans distinction l’ensemble des lithologies de la région (gneiss granitique, paragneiss et gabbronorite) sans que ces dernières aient un impact sur la composition chimique des pegmatites. De plus, les pegmatites riches en ETR ne présentent aucune relation spatiale avec les intrusions alcalines syngrenvilliennes à tardigrenvilliennes présentes dans la région. Les données géochronologiques indiquent que ces pegmatites se sont mises en place lors de deux épisodes distincts, un premier entre ~1060 et ~1045 Ma et un second entre ~1010 et ~990 Ma, actuellement interprétées comme représentant deux évènements de production de magmas par anatexie des roches prégrenvilliennes. Une étude détaillée de la signature isotopique en Hf des zircons provenant de la pegmatite riche en ETR de Blanchette-1 indique que la source du magma minéralisateur provient de la fusion partielle des gneiss granitiques du Complexe de Vermillon. Ces résultats contrastent avec la source métasédimentaire proposée pour les pegmatites riches en ETR du Lac Okaopéo, ce qui suggère que la nature des roches sources partiellement fondues n’est pas un facteur déterminant dans la formation des pegmatites granitiques riches en ETR. Au sein des pegmatites, la minéralisation est portée par l’allanite, localement accompagnée de monazite et de pyrochlore. L’enrichissement en ETR de ces pegmatites est fortement zoné au sein des dykes et découplé de la zonation en éléments majeurs.

Auteurs : Hélène Legros (MRNF-UQAC), Sarah Dare et L. Paul Bédard (UQAC)

Les ressources en niobium sont critiques tant à l’échelle mondiale qu’au Québec. Ce métal est principalement utilisé pour la fabrication d’alliages dans l’industrie aérospatiale. Les principales lithologies exploitées pour leur contenu en niobium sont les carbonatites et les produits de leur altération. Le gisement de niobium de Saint-Honoré (Saguenay, Québec), exploité par Niobec, est également encaissé dans une carbonatite (560 à 575 Ma) et représente 9 % de la production mondiale. À Saint-Honoré, le principal minéral d’intérêt est le pyrochlore ([Ca,Na]₂[Nb,Ti]₂O₆[O,OH,F]). À ce jour, aucune méthode de datation ne permet de dater ce minéral. Néanmoins, le pyrochlore montre une association avec l’apatite qui représente un excellent traceur des processus magmatiques ou hydrothermaux, mais également un minéral qui peut être daté par la méthode U-Pb. Le but de cette étude est d’utiliser la chimie des apatites pour définir les processus magmatiques-hydrothermaux à l’œuvre à Saint-Honoré, comprendre leurs liens avec la minéralisation et de dater les divers évènements responsables de la mise en place de cette dernière.

Nous avons décrit trois générations d’apatite, dont deux qui se trouvent dans la carbonatite minéralisée. Ces deux apatites se distinguent par leurs couleurs blanche et rouge. L’apatite blanche est une apatite ignée associée à la cristallisation du principal minéral de niobium. L’apatite rouge est d’origine hydrothermale et forme des veines qui recoupent les roches minéralisées. Cet épisode hydrothermal serait aussi responsable de l’altération du pyrochlore en columbite. Les analyses chimiques des apatites ont permis de déterminer les processus liés à la mise en place des phases ignée et hydrothermale. D’autre part, la datation des deux types d’apatite par LA-QQQ-ICP-MS (LabMaTer, UQAC) a montré des âges de mise en place distincts, avec près de 35 Ma d’écart. La cristallisation de l’apatite magmatique est associée à la mise en place de la Carbonatite de Saint-Honoré et de la minéralisation en niobium, alors que l’épisode hydrothermal est relié à la circulation de fluides externes issus d’une autre source.

La propriété Graal est située au nord de la région du Saguenay–Lac-Saint-Jean. Elle est constituée de 110 claims cartographiés qui couvrent 6113 hectares. La propriété est située à 160 km au NNE de la ville de Saguenay et à 272 km à l’est de Chibougamau dans les feuillets SNRC 22E15 et 22E10.

Certaines parties de la propriété appartenaient auparavant à Virginia Gold Mines, à Soquem et à Globex Mining. Les travaux d’exploration et de cartographie sur la propriété ont été entrepris dans les années 1970 par le NQN Mines et le ministère de l’Énergie et des Ressources naturelles. Canada Silver Cobalt Works (CCW) est propriétaire à 100 % de la propriété depuis 2022.

La propriété est située dans la Province du Grenville. Le socle de la propriété Graal est principalement formé d’un ensemble de roches magmatiques ultramafiques à mafiques appartenant à la Suite anorthositique de Lac-Saint-Jean (SALSJ) d’âge protérozoïque. Les deux principaux types de minéralisation trouvés sur la propriété sont des gisements de Fe-Ti-P et les sulfures massifs de Ni-Cu-EGP. La formation de ces deux types de gisement implique l’immiscibilité des substances concernées à partir du magma primaire à la suite de divers processus géologiques.

Un levé gravimétrique aéroporté a été entrepris en 2021, suivi de deux phases de forage au diamant totalisant 23 830,85 m qui se sont déroulées entre 2021 et l’été 2022. Un levé électromagnétique SQUID sur la zone MHY a confirmé les résultats prometteurs du levé TDEM de surface obtenus plus tôt en 2022 qui couvrait également la zone MHY au-dessus de la zone Gravi. La combinaison des résultats et de l’interprétation de ces levés géophysiques a contribué à l’élaboration des campagnes de forage en cours et à venir.

La première phase du programme de forage de 2021–2022 comprenait 32 trous (NRC-21-01 à NRC-22-29), dont 3 trous obliques. Le premier forage ((NRC 21-01) et les trois cointages associés visaient à recouper le centre de l’anomalie de Bouguer (~1500 m de diamètre). Ces trous n’ont pas atteint la cible en raison d’une faille en profondeur. Une seconde phase de 32 forages (GRL-22-30 à GRL-22-61) a commencé au printemps 2022 et s’est terminée à l’été 2022.

CCW a découvert une nouvelle zone de sulfures massifs (Zone Discovery) à 2500 m au NW de la minéralisation connue historiquement (indice MHY Nord). La campagne de forage de 2021-2022 a également permis d’étendre les minéralisations de Ni-Cu des indices MHY Nord (Zone MHY) et MHY AP (Zone Gravi). Les meilleures teneurs obtenues à cette occasion sont de 0,84 % Ni, 0,59 % Cu et 0,09 % Co sur 5,7 m dans le forage NRC-21-03 (Zone Discovery), 0,32 % Ni, 0,45 % Cu et 0,04 % Co sur 33,6 m dans NRC-22-24 (Zone Gravi) et 0,73 % Ni, 0,41 % Cu et 0,09 % Co sur 5,7 m dans GRL-22-60 (Zone MHY).

Auteurs : L. Paul Bédard, Nils Van Weelderen, Renée-Luce Simard, Charles Saint-Laurent (UQAC), Anne-Aurélie Sappin (CGC-Québec) et Michel Grégoire (Géosciences Environnement Toulouse)

La plupart des grandes économies fournissent des efforts importants pour améliorer l’accès aux minéraux critiques et stratégiques en vue de la transition énergétique. Cette évolution vers une économie propre entraîne une forte demande pour plusieurs éléments tels que les terres rares (ETR), le niobium, le phosphore, etc. Les carbonatites sont riches en ces substances, ce qui en font des cibles de choix pour l’exploration minérale. Les carbonatites sont des roches d’origine mantelliques peu abondantes qui forment des intrusions de faible volume présentes notamment dans la région du Saguenay–Lac-Saint-Jean (Saint-Honoré, Shipshaw, Crevier et Girardville). Les intrusions de Saint-Honoré et de Crevier présentent des teneurs économiques en Nb, Ta et ETR. Deux épisodes de magmatisme carbonatitique ont été reconnus dans le secteur : ~950 Ma (Crevier et Girardville) et ~580 à 550 Ma (Saint-Honoré et Shipshaw). Les carbonatites montrant des teneurs économiques en minéraux critiques sont associées à des complexes alcalins de grande dimension (expression de surface de plus de 20 km²), tandis que les carbonatites de Shipshaw et Girardville se présentent sous la forme de dykes de petite taille (< 100 m²). La plupart des carbonatites sont associées à des unités de syénites. Leur composition varie de Ca-carbonatite, Mg-carbonatite à Fe-carbonatite, les plus grandes intrusions présentant plus de variétés. Le pyrochlore (au sens large) et son produit d’altération, la columbite-Fe, sont les principaux minéraux de Nb, tandis que la bastnaésite-(Ce) et la parisite-(Ce) sont les principaux minéraux porteurs de terres rares.

Les dykes de carbonatites de faible volume représentent des contextes plus simples que les complexes alcalins. Ils sont utiles pour déterminer et mieux comprendre les phénomènes minéralisateurs. Par la suite, les hypothèses tirées de ces études peuvent être testées sur des carbonatites de plus importantes associées à des minéralisations économiques. Les travaux de recherche récents ont permis de mettre en évidence deux tendances dans les systèmes carbonatitiques minéralisés. Premièrement, les carbonatites contenant des teneurs économiques en Nb se trouvent à proximité ou au contact de roches silicatées (p. ex. des syénites). Les réactions de contact entre ces deux types lithologiques semblent représenter des conditions favorables à la cristallisation abondante de pyrochlore. Deuxièmement, les teneurs économiques en ETR se trouvent dans des unités de carbonatites riches en Fe et en Ba (jusqu’à 14 % BaO). Ces deux observations pourraient constituer des critères très utiles pour l’exploration de ces substances.

Auteurs : Sarah Dare, Pedro Miloski, Théo Hassen Ali, Renée-Luce Simard (UQAC) et Abdelali Moukhsil (MRNF)

Les massifs d’anorthosite-mangérite-charnockite-granite (AMCG) protérozoïques sont communs dans la Province de Grenville au Québec. Ces massifs sont les hôtes des minéralisations orthomagmatiques de Fe-Ti-V-P (associées à l’ilménite, l’hémo-ilménite, la magnétite et l’apatite) et Ni-Cu-Co (associées aux sulfures magmatiques), tous des sources potentielles de métaux critiques et stratégiques. Le type de minéralisation semble être associé à l’âge de la suite d’anorthosite hôte. Les anorthosites plus anciennes (Géon 11), comme la Suite anorthositique de Lac-Saint-Jean (1,16 à 1,14 Ga), contiennent des minéralisations en Ni-Cu-Co et de Fe-Ti-V-P dominées par la magnétite. Les anorthosites plus jeunes (Géon 10), comme Vanel, Mattawa et Labrieville, contiennent plus des minéralisations en Fe-Ti-P dominés par l’hémo-ilménite.

La Suite anorthositique de Lac-Saint-Jean dans le Grenville central est l’un des plus grands massifs anorthositiques au monde. Elle a probablement été mise en place sous la forme de lobes/intrusions multiples. La minéralogie de ces lobes est variable (plagioclase de composition labradorite à andésine; orthopyroxène ou olivine comme minéral ferromagnésien) et leur distribution spatiale est encore très mal connue. Les travaux en cours à l’UQAC, en collaboration avec le MRNF, visent à mieux identifier les relations entre la minéralisation et les roches encaissantes grâce à une cartographie détaillée des faciès anorthositiques et la cartographie chimique des plagioclases à l’aide de la fluorescence-X (XRF) portative. Une meilleure compréhension de la relation entre ces minéralisations et leurs roches hôtes permettrait d’améliorer les modèles d’exploration pour les gisements orthomagmatiques dans les suites AMCG au Québec.

Auteurs : Francis Talla Takam et Abdelali Moukhsil (MRNF)

Le secteur du Lac de La Fourche (feuillet SNRC 32A03), au NW de La Tuque, chevauche les régions de la Haute-Mauricie et du Lac-Saint-Jean.

Les roches de la région cartographiée dans ce secteur font partie de l’Allochtone de la Province de Grenville et sont d’âge mésoprotérozoïque. Le socle cristallin, constitué par les roches intrusives intermédiaires à felsiques d’aspect gneissique de la Suite plutonique de Bardeau (1364 ±9 Ma), affleure à l’extrême est du feuillet. Cette unité est en contact cisaillé avec la Suite plutonique de Pope (1350 ±4 Ma) qui couvre la plus grande superficie du feuillet et sur laquelle repose l’unité supracrustale du Complexe de Wabash (< 1204 ±4 Ma). Ces différentes unités lithodémiques sont injectées par des intrusions définies à la suite de nos travaux de l’été 2022 : les Intrusions de Windigo, le Pluton de Wenache et le Batholite de Cristal. D’autres intrusions, dont la Suite plutonique de Bonhomme (1030 ±19 Ma), la Suite intrusive de Rhéaume (1019 ±2 Ma) et la Suite de Roc (> 1012 ±1 Ma) affleurent également dans la région. Toutes ces roches sont coupées par des dykes de pegmatite granitique à syénitique.

Ces unités lithologiques sont généralement déformées, surtout dans les zones de contact entre les intrusions et dans les couloirs et zones de cisaillement. Le grain structural régional est principalement orienté NE-SW, mais les roches de la région ont subi plusieurs phases de déformation et sont coupées par des failles majeures et des zones de décrochement. Quatre domaines structuraux, dont trois nouveaux, ont été définis : le Domaine structural de Ministic à l’est caractérisé par une fabrique planaire moyenne ENE-WSW avec un pendage modéré à fort, des linéations à composante horizontale et des plis déversés vers le NW; le Domaine structural de Cristal au centre nord qui montre une fabrique planaire à disposition radiale; le Domaine structural de Wenache, limité au pluton du même nom, dont les structures planaires portent une linéation de plan axial et définissent un pli vertical à axe subvertical E-W; et le Domaine structural de Windigo qui se caractérise par une foliation tectonométamorphique, une foliation ou un rubanement mylonitique et une gneissosité d’orientation moyenne N-S à fort pendage vers l’est. Ce domaine est coupé par un couloir de déformation majeur, la Zone de cisaillement de Windigo orienté N-S avec un mouvement senestre.

Le métamorphisme régional varie du faciès des granulites à celui supérieur des amphibolites. Le long de la Zone de cisaillement de Windigo, on observe un métamorphisme rétrograde marqué par l’ouralitisation de l’orthopyroxène qui est localement coronitique avec des bordures de clinopyroxène ± amphibole ± grenat, auquel se superpose un phénomène d’altération hydrothermale.

Plusieurs zones minéralisées et favorables à l’exploration ont été mises au jour dans ce couloir d’altération hydrothermale et dans le Batholite de Cristal :

- la zone FT-1057 minéralisée en ETR lourdes, Nb et Ta dans un dyke métrique de pegmatite granitique en contact avec une faille majeure. La minéralisation est portée par l’allanite.

- la zone FT-1065 minéralisée en ETR ± Th dans un dyke syénitique décimétrique à apatite.

- la zone favorable du Lac Benès, avec une minéralisation en graphite ± zinc dans des roches métasédimentaires du Complexe de Wabash.

- la minéralisation de Fe-Ti ± P ± V dans les gabbronorites du Batholite de Cristal.

Un nouveau levé géologique à l’échelle 1/20 000 a été réalisé à l’été 2021 dans la région de l’Île-du-Grand-Calumet (moitié est du feuillet 31F10), située à environ 90 km au NW de la ville de Gatineau. Le projet avait pour objectif l’acquisition de nouvelles connaissances géologiques dans cette partie de la Province de Grenville reconnue pour son potentiel en minéraux critiques et stratégiques (MCS). La nouvelle carte géologique intègre également les résultats des travaux de cartographie et d’exploration minière réalisés depuis près d’un siècle dans cette région.

La majeure partie de la région cartographiée est composée de la Séquence supracrustale des Outaouais, essentiellement composée de marbre et de paragneiss. La partie sud de l’île-du-Grand-Calumet est principalement composée d’amphibolites dérivées de basaltes et des métagabbros du Complexe de Grand-Calumet (1232 Ma) et des intrusions mafiques associées. Les roches métasédimentaires sont recoupées par les intrusions mafiques de la Suite de Chenaux (1231 Ma), ainsi que par les suites intrusives intermédiaires à felsiques de Schwartz (1254 Ma), de Litchfield (1222 Ma) et de Rocher-Fendu (1195 Ma). Les roches ont subi une évolution structurale complexe; elles sont affectées par au moins deux phases de déformation et par un métamorphisme régional de grade modéré à élevé. La région se subdivise en différents domaines structuraux, tous délimités par des failles ou des zones de cisaillement.

La région est reconnue pour abriter plusieurs sites minéralisés en MCS, notamment les anciennes exploitations de New Calumet, gisement polymétallique exploité pour ses ressources en zinc, ainsi que la mine de nickel Cowan. D’autres indices et gîtes de zinc et de minéraux industriels ont été découverts dans les roches métasédimentaires carbonatées et ont depuis fait l’objet de travaux d’exploitation ou de mise en valeur. Ce nouvel inventaire géologique a permis la découverte de nouveaux indices et de bonifier le potentiel déjà reconnu pour différents types de minéralisations : 1) minéralisations polymétalliques dans les roches métasédimentaires, 2) filons cuprifères, 3) potentiel pour des minéralisations en terres rares dans les roches potassiques et 4) potentiel pour des minéralisations de Cu-Ni et de Fe-Ti-V dans les intrusions mafiques.

Auteurs : Rachid Intissar et Siham Benhamed (MRNF)

Poursuivant sa mission d’acquisition et traitement des données géoscientifiques, Géologie Québec publie les résultats de trois nouveaux levés géophysiques réalisés cette dernière année. Le but ultime des levés réalisés par Géologie Québec est de fournir un outil de soutien à la cartographie géologique utile autant pour les projets exécutés dans le cadre de son mandat que pour ceux des compagnies privées. Ces données permettent également de stimuler l’investissement privé en générant de nouvelles zones favorables à l’exploration minérale. Les résultats de ces levés avec quelques éléments d’interprétation qualitative préliminaire seront présentés. Les données numériques ainsi que les rapports techniques des fournisseurs seront disponibles dans Examine dans les documents suivants :

- DP 2023-01 : Levé magnétique et spectrométrique aéroporté dans le secteur du lac Simard, sud de Rouyn-Noranda (publié au PDAC 2023).
- DP 2023-02 : Levé aéromagnétique dans le secteur de la rivière Aguanish, Côte-Nord (publié à Québec Mines+Énergie 2023).
- DP 2023-04 : Levé magnétique et spectrométrique aéroporté dans le secteur du lac Qalluviartuuq, Province du Supérieur (publié à Québec Mines+Énergie 2023).