Pétrographie et géochimie des roches volcaniques des cantons ...

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PÉTROGRAPHIE ET GÉOCHIHIE DES ROCHES VOLCANIQUES DES CA.t"'TONS DESTOR ET DUFRESNOY, ABITIBI par Jacques Carignan Mémoire présenté en vue de l'obtention d!une Haî tri se ès Sciences appliquées (N .Sc ,à.) Département de génie minéral (géologie) Ecole Polytechnique Université de Hontréal Janvier 19'75

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Pétrographie et géochimie des roches volcaniques des cantons Destor et Dufresnoy, Abitibipar
Haî tri se ès Sciences appliquées (N .Sc ,à.)
Département de génie minéral (géologie)
Ecole Polytechnique
Mise en garde
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ii
RÉSUHÉ
Le but de ce travail est de déterminer les caractéristiques
et les variations pétrochimiques des roches .volcaniques archéennes
de l'Abitibi. La région étudiée fait partie de la .ceinture
'volcanique d'Abitibi, au nord de Rouyn-Noranda, dans les cantons
Destor et Dufresrtoy. Selon une classification géochimique basée
sur la teneur en silice, la région contient 18.5% de basaltes,
45.7% d'andésites, 8.7% de dacites, 2.2% de rhyodacites et 24.9%
de rhyolites. Au point de vue pétrographie, notre attention a
porté sur les brèches de coulée inafiques et les hyaloclastites
au sonunet des coulées, sur les roches fragmentaires, type cendres,
avec "shards" et pumices, sur les différents :fu:iès des brèches de
coulées rhyolitiqties, sur les textures de refroidissement rapide
et de dévitrification. Au :point de vue stratigraphie, notre terrain
est entièrement contenu dans le groupe Blake River avec à la base
la série tholéiitique DDM et ses laves variolaires, surmontée d'une
série calco-alcaline répétée :par un synclinal, le faciès Nord
fortement :pyroclastique appelé série calco-alcaline Renault et le
faciès Sud surtout sous forme de coulées rhyolitiques appelé série
calco-alcaline Dufault, et au sonunet la série tholéiitique Dufresnoy.
Les roches volcaniques de l'Abitibi sont pauvres en potasse. Nous
avons meme trouvé des évidences d'une altération sous forme de
iii
Nos séries tholéiitiques se comparent très bien avec les îles
océaniques de Raoul et Tonga alors que les séries calce-alcalines
sè comparent avantageusement avec les roches de ceintures
orogéniques du Japon, telle que Nasu. Les laves variolaires ont
aussi été étudiées d'une façon particulière. Des évidences
pétrographiques et pétrologiques suggèrent l'hypothèse de 1 'immis-
cibilité de deux liquides. Le métamorphisme régional est carac-
térisé par le métamorphisme d'enfouissement prehnite'-pumpellyite
dans la partie nord et par le faciès des schistes verts dans la
partie sud. Nous avons aussi trouvé quelques occurrences de
stilpnomélane. Nous avons finalement vérifié l'hypothèse de la
corrélation entre la minéralisation d'une part et l'affinité calco-
alcaline en plus des anomalies en potasse d'autre part.
iv
ABSTRACT
The aim of this work has been to study the characteristics
and the chemical variations of Archean volcanic rocks from the
Abitibi volcanic belt. The region studied lies north of Rouyn-
Noranda in Destor and Dufresnoy Townships and is entirely underlain
by easterly trending and synclinally folded rocks of the Blake River .
Group. The base of the group is made up o_f the DDH tholeiitic suite
with an intercalated horizon of variolitic lavas; it is overlain by
a calc-alkaline suite repeat~d by the fold:i.ng into a ~orthern portion~
the highly pyroclastic Renault calc-alkaline suite, and a southern part,
the Dufault calc-a1kaline suite, made up principaly of rhyolitic flows.
The top of the sequence is made up of the Dufresnoy tholeii tic s'ui te.
Using a geochemical classification based on the silica content, the
rock sequence studied comprises the ïollow~ng rock types: basalts
(18.5%), andesites (45.7%), dacites .(8.5%), rhyodacites (2.2%) and
rhyolites (24.9%). Special attention was given to mafic flow breccias
and hyaloclastites in the upper part of flows, on variolitic lavas,
on ash-flow tuffs with shards and pumices, on the various facies of.
rhyolitic flow breccias, on quenches and devitrification textures.
The volcanic rocks of the Blake River Group are very poor in
potassium and evidences have been found that alteration by leaching
of alkaline probably occurred during metamorphism. The tholeiitic suites
..
v
are closely siinilar to that of certain oceanic islands such as
Raoul and Tonga whereas the calc-alkaline suites are comparable to
:that of orogenie belts such as Nasu in Japan. Special attention was also
paid to the variolitic lavas where important petrographie and
chemical criteria lead us to infer that these developed as a result
of liquid immiscibility. Regional metamorphism is characterized
by burial metamorphism with prehnite and pumpellyite in the northern
part and by greenschis t facies in the southern part. Some stilp-
nomelane was also found. Finally, this work provides additiona1
support to the postulated relationship between mineralization and
calc-alkaline affinity as well as with the potassium anomalies.
~ · ~ ' ,1 '
.of'
RÉSUMÉ
ABSTRACT
1.2 Portée pratique et théorique ·· du projet
1.3 Description de la région étudiée
1.4 Travaux antérieurs
1.7 Contributions originales ·
2.3 Géologie de la région étudiée
2.3.1 Généralités
3.2.1.3 Brèches de coulée mafiques et hyalo­ clastiques
3.2.1.4 Pyroclastiques rnafiques
Les laves intermédiaires
3.2.2.3 Br~ches de cou 1~e intermédiaires
3.2.2.4 Pyroclastiques inter­ médiaires
3.2.3.3 Les pyroclastiques acides
3.3.:2. Dykes mafiques 97
3.3.3 Les porphyres 97
3.5 Textures de dévitrification
Classification pétrochimique
4.4
4.5
Interprétation globale du géochi­ misme de la région étudiée
4.4.1 Caractérisation des ser1es tholéiitiques et calco­ alcalines
4.4.:2. Etude des rhyolites
4.5.1 Diagrammes AFH
4.5.3 Indice de solidification
5.3 Varioles dans les hyaloclastites
5.4 Observations au microscope ·
CHAPITRE VI: METAMORPHISHE
6~1 Généralités
6.3 Stilpnomélane
6.5 Considérations gécchimiques
7.1 Généralités
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:lOS
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ix
7.3
7.4
CONCLUSION
REMERCIEMENTS
REFERENCES
7.2.1.5 Altération de la
7.2.1.8 Résumé 255
Occurrences minéralisées 258
Considérations géochimiques 261
7.4.3 Conséquences métallogéniques 264
272
277
280
LISTE DES FIGURES
Carte du Bouclier précambrien et position de la ceinture volcanique d'Abitibi (d;après De Geoffroy et Wu, 1970).
Carte des gisements de la ceinture volcanique d'Abitibi (d'après De Geoffroy et Wu, 1970).
Cheminement complet et localisation de la région étudiée.
Localisation du terrain d'étude dans la ceinture volcanique d'Abitibi (modifiée de Baragar, 1968).
Géologie de la ceinture volcanique d'Abitibi entre la faille Duparquet-Destor-Hanneville et la mine Lake Dufault: a) Structure b) Litholo!!ie c) Topographie et physiographie
Divers types de brèches de coulée (d'après Carlisle, 1964).
Faciès des roches acides selon Dimroth (1973).
Champs de stabilité du quartz, de l'orthose et des plagioclases en fonction de la pression ' partielle d'HzO.
Occurrences .des textures de refroidissement rapide.
Système Olivine-Néphéline-Quartz: base du tétraèdre des basaltes DI-Ne-01-Qz (Yoder et Tilley, 1962) permettant la subdivision en domaines alcalin et subalcalin.
Diagramme NazO vs SiOz (Hacdonald et Katsura, 1964): · subdivision en domaines alcalin et subalcalin.
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Disposition des analyses-témoins sur le diagramme INDICE DE COLORATION vs CALCICITE DU PLAGIOCLASE.
Disposition des analyses-témoins sur le diagramme H20 vs (NazO + KzO).
Disposition des analyses-témoins sur le diagramme SiOz - (CaO+ MgO + FeO) (NazO + KzO + AlzOJ).
Diagramme INDICE DE COLORATION vs CAUjiCITE DU PLAGIOCLASE -pour les -basaltes (SiOz < 54%): 32 basaltes (18.5% des analyses) 28 normaux (88%) 4 anormaux ( 12%) •
Diagramme INDICE DE COLORATION vs CALCICITE DU PLAGIOCLASE pour les andésites (SiOz, 54-62%): 79 andésites (45.7%) 66 normales (84%) 13 anormales (16%).
Diagramme INDICE DE COLORATION vs CALCICITE DU PLAGIOCLASE pour les dacites (SiOz, 62-67%): 15 dacites (8.7%) 7 normales (47%) 8 anormales (53%).
Diagramme INDICE DE COLORATION vs CALCICITE DU PLAGIOCLASE pour le~ rhyodacites (SiOz, 67-71%): 4 rhyodacites (2.2%) 2 normales (50%) 2 anormales (50%).
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Figure 21:
Figure 22:
Figure 23:
Figure 24:
Figure 25:
Figure 26:
Figure 27:
Diagramme INDICE DE COLORATION vs . CALCICITE DU PLAGIOCL~E pour les rhyolites (SiOz > 71%): 43 rhyolites (24.9%) 29 normales (67%) 14 anormales ( 33%) •
Subdivision de la région étudiée en se~tions tholéiitiques et calco­ alcalines. Série tholéiitique DDH: Tn. Série calco-alcaline Renault: Série tholéiitique Dufresnoy: Série calce-alcaline Dufault:
ICA, 2CA. 3T,4T,ST,6T,7T. 8CA.
Diagramme AFM et limites des séries selon Kuno (1968) ~our les tholéiites. Série tholéiitique DDH: Tn Ll. Série tholéiitique· Dufresnoy: 3T +, 4T ., ST o, 6T @, 7T a •
Enrichissement en fer de la série tholéii­ tique Dufresnoy, section 4T, de la base (72-153) vers le sommet.
Diagramme AFH et les limites des séries selon Kuno (1968) pour les roches de la série calco~alcaline Renault sections JCA- a , 2CA +.
Diagrarrune AFM et limites des séries selon Kuno (1968) pour les roches de la ser1e calco-alcaline Dufault: sections SCA•, Grasse (1974) +,.
Diagramme HgO vs FER TOTAL (Hughes, 1972) pour les roches tholéiitiques. Série tholêii tique DDH: Tn !::. • Série tholéiitique Dufresnoy: 3T +, 4T •, ST o, 6T e, 7T. *· Les courbes de référence sont tirées de Hughes ( 1972).
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Diagrarrune MgO vs FER TOTAL (Hughes, 146 1972) pour les roches calce-alcalines. Série calco-alcaline Renault: lCA •, 2CA +. Série calco-alcaline Dufault: SCA o, CA dans. la série tholéiitique Dufresnoy ( 4T-ST-7T) -~. Les courbes de références sont tirées de Hughes ( 1972) •
Diagramme.MgO 1 Al203 vs (Na20 + K20) 1 147 FER TOTAL+ Ti02 (Green, 1973) pour les roches tholéiitiques. Série tholéiitique DDH: Tn b.. Série tholéiitique Dufresnoy: 3T +, 4T •, ST o, 6T a;, 7T o •
Diagramme MgO 1 Al203 vs (Na20 + K20) 1 148 · FER TOTAL+ TiOz (Green, 1973) pour les
roches calce-alcalines. Série calce-alcaline Renault: lCA •, 2CA +. Série calce-alcaline Dufault: SCA o, CA dans la série tholéiitique Dufresnoy ( 4T-ST-7T) ~-.
Diagramme FER TOTAL vs (FER TOTAL 1 MgO) 149 (Miyashiro, 1973) pour les roches
.tholéiitiques. Série tholéiitique DDM: Tn ~ • Série tholéiitique Dufresnoy: 3T +, 4T ~ ST o, 6T e, 7T *·
Diagramme FER TOTAL vs (FER TOTAL 1 MgO) 150 Üliyashiro, 1973) pour les roches calc:o-alcalines. Série calce-alcaline Renault: lCA •, 2CA. +. Série calce-alcaline Dufault: 8CA o, CA dans la série tholéiitique Dufresnoy (4T-ST-7T) *· Diagramme SiOz vs (FER TOTAL 1 MgO) 151 (Hiyashiro, 1973) pour les roches tholéiitiques. Série tholéiitique DWI: Tn A • Série tholéiitique Dufresnoy: 3T +, 4T o, ST o, 6Te, 7T~-.
Figure 34:
Figure 35:
. Figure 36:
Figure 37a:
Figure 37b:
Figure 38:
Diagramme SiOz YS (FER TOTAL / MgO) (Miyashiro, 1973) pour les roches calco-alcalines. Série calco-alcaline Renault: ~CA •, 2CA +. Série calco-alcaline Dufault: 8CA o, CA dans la série tholéiitique Dufresnoy (4T-ST-7T) *· Diagramme AN-AB-OR pour les roches tholéiitiques. Série tholéiitique DDH: Tn !:l. • Série tholéiitique Dufresnoy: 3T o, 4T •, ST a, 6T o , 7T *·
Diagramme fu.'l"-AB-OR pour les roches calco-alcal{nes •
. Série calco-àlcaline Renault: lCA •, 2CA +. Série calce-alcaline Dufault: 8CA o, CA dans la série tholéiitique Dufresnoy ( 4T-ST-7T) * • Diagramme INDICE DE COLORATION YS CALCICITE DU PLAGIOCLASE pour les tholéiites. Série tholéiitique DDM: Tn ~ Série tholéiitique Dufresnoy: 3T +, 4T •, ST o, 6T e, 7T *· Diagramme INDICE DE COLORATION vs CALCICITE DU PLAGIOCLASE pour les roches calce-alcalines. Série calco-alcaline Renault: lCA •, 2CA +. Série calce-alcaline Dufault: SCA o, CA dans la série tholéiitique Dufresnoy ( 4T-5T-7T) *. Diagramme HzO Ys (Na + K) pour les tholéiites. Série t holéiitique DDH: Tn L Série tholéiitique Dufresnoy: 3T o, 4 T ', . 5 T e, 6 T o , 7T *.
xv
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Figure 39:
Figure · 4o:
Figure 41:
Figure 42:
Figure 43:
Figure 44:
Figure 45:
Figure 46:
Figure 47:
Diagramme HzO vs (Na + K) pour la série cal co-alcaline Renault ': lCA •, 2CA +.
Diagramme HzO vs (Na + K) pour la série calce-alcaline Dufault: 8CA •, CA dans la série tholéiitique Dufresnoy (4T-5T-7T) *·
Diagramme HzO vs (Na + K) pour chacun des types de roches: a) basaltes; b) andésites; c) dacites; d) rhyo­ dacites; e) rhyolites. Série tholéiitique DDM (*). Série calco-alcaline Renault (+). Série tholéiitique Dufresnoy (o). Série calco~alcaline Dufault (6).
Diagramme AlzOJ vs (NazO + KzO) (Kuno, 1960) pour la détermination des basaltes alumineux.:
Histogrammes des teneurs en FER TOTAL: a) Basaltes tholéiitiques. b) Basaltes calco-alcalins. c) Andésites tholéiitiques. d) Andésites calco-alcalines.
Histogrammes des teneurs en TiOz: a) Basaltes tholéiitiques b) Basaltes calco-alcalins~
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Histogrammes des teneurs en oxyde de 173 fer total pour les rhyolites tholéiitiques (a), calce-alcalines Renault (b) et calco- a1calines Dufault (c).
Histogrammes des teneurs en oxyde de silice des rhyolites tholéii tiques (a), calco-alcalines Renault (b) et calco­ a1ca1ines Dufault (c).
Histogrammes des teneurs en oxyde de sodiumpour les rhyolites tholéiitiques (a), ca1co-alcalines Renault (b) et calco­ a1ca~ines Dufault (c).
175
176
. .
Diagramme An-Ab-Or-Qz pour les rhyolites calco-alcalines Renault ( a) et Dufault (o). Les champs de stabilité des différents minéraux sont donnés en fonction de la pression dans des conditions sèches ou hunùdes.
Diagramme An-Ab-Or-Qz pour les rhyolites tholéiitiques. Les champs de stabilité des différents minéraux sont donnés en fonction de la pression dans des conditions sèches ou humides. ·
Diagramme Qz-Ab-Or pour les rhyolites calce-alcalines (a): Dufault •, Renault+; et t hcléiitiques (b). La composition moyenne des rhyolites selon Tuttle et Bowen (1952) est donnée par les lignes de contour ainsi que la position du point minimum et du champ de stabilité du quartz en fonction de la pression d'HzO en Kg/cm2.
Diagramme An-Ab-Or pour les rhyolites calco­ alcalines (a}: Dufault (+), Renault (•); et tholéiitiques (b). La distribution moyenne des feldspaths selon Tuttle et Bowen (1958) est donnée par des lignes de contour.
Modèle de la région étudiée le long du . cheminement.
Diagr amme AFH pour .les séries tholéiitiques: AA'BB', série pigeonitique (tholéiitique) selon Kuno (1968) SK, Skaergaard (Wager et Deer, 1939) RAOUL (Brothers et Searle, 1970) TONGA (Bryan et al., 1972) NASU (Ka\vano et al., 1961) • Nor anda .... 72.
Diagr amme AFM pour les senes calce-alcalines: BB'CC', série hypersthénique (calco-alcaline) selon Kuno (1968) NASU (Kawano et al., 1961) CASCii.DES (Snùth et Carmichael, 1968) CA, calco-alcaline (analyses tirées de Turne~ et Verhoogen, 1960, p. 285) • Noranda - ï2, sen.e calco-alcaline Renault + Noranda - 72, série calce-alcaline Dufault
xvii
178
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Figure 55:
Figure 56:
Figure 57:
Figure 58:
Diagramme Al203 vs INDICE DE DIFFERENCIATION }fAGKL\.TIQUE (ID) selon Thornton et Tuttle (1960) pour les séries tholéiitiques (a)! Skaergaard (\vag er et De er, 1939), Thingmuli (Carmichael, 1964), Tonga (Bryan et al., 1972), Raoul (Brothers et Searle, 1970), Nasu (Kawano et al., 1961), Noranda-72 (.); et pou~ les ser1es calce-alcalines (b): Nasu (Kawano et al., 1961), Cas cades (Smith et Carmichael, 1968), Noranda-72 ( .) •
Diagramme Fe TOTAL vs INDICE DE DIFFERENCIATION MAG~fATIQUE (ID) selon Thornton et Tuttle (1960) pour les séries tholéiitiques (a): Skaergaard (\Vager et Deer, 1939), Thingmuli {Carmichael, 1964), Raoul (Bryan et al., l972L Tonga (Brothers et Searle~ 1970), Nasu (Kawano et al., 1961), Noranda-72 ( o); et pour les séries calce-alcalines (b): Cascades (Smith et Carmichael, 1968), Nasu (Kawano et al., 1961), Noranda-72 (,).
Diagramme Ti02 vs INùiCE DE DIFFERENCIATION MAGHATIQUE (ID) selon Thornton et Tuttle (1960) pour les r oches tholéiitiques (a): Raoul (Bryan et al., 1972), Tonga (Brothers et Searle~ 1970), Nasu (Kalvano et al., 1961), Noranda-72 (o); et pour l~s roches calco-alcalines: Cascades (Smith et Carmichael, 1968), Nasu (Kawano et al., 1961), Noranda-72 ( .) •
Variation des différents oxydes (Si02, Al203, FeO total, CaO, MgO, NazO, KzO et TiOz) en fonction .de l'indice de différenciation magmatique (ID) selon Thornton et Tuttle (1960).
xviii
190
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Figure 59: -
Figure 60:
Figure 61:
Figure 62:
Figure 63:
Figure 64:
_Figure 65:
Figure 66:
Diagramme Fe TOTAL vs INDICE DE - SOliDIFICATION selon Kuno (1968) pour les' roches tholéiitiques (a): séri e pigeonitique (Kuno, 1968) limitée par les courbes tiretée s , Skaergaard (Wager et Deer, 1939), Thingmuli (Carmichael, 1964), Tonga (Brothers et Searle, 1970), Nasu (Kawano et al., 1961), Noranda-72 (e); et pour les séries calce-alcalines (b): série hypersthénique (Kuno, 1968), limitée par les courbes tire té es, Cascades (Smith et Carmichael, 1968), Nasu (Kawano et al., 1961), Noranda-72 (,).
, Diagramme Alz03 vs Si Oz pour 1' ensemble de nos échantillons. L'indice donne le nombre de points à cette position.
Diagramme FeO TOTAL vs SiOz pour l'ensemble de nos échantillons. L'indice donne le nombre de points à cette position.
Diagramme HgO vs Si02 pour l'ensemble de nos échantillons. L'indice donne le nombre
-de points à cette position.
Diagramme CaO vs SiOz pour l'ensemble de nos échantillons. L'indice donne le nombre depeints à cette position.
Diagramme NazO vs SiOz pour l'ensemble de nos échantillons. L'indice donne le nombre de points à cette position.
Diagramme KzO vs SiOz pour l'ensemble de nos échantillons. L'indice donne le nombre de points à cette position.;
Diagr amme SiOz " (CaO - MgO - FeO) - (NazO - KzO - AlzOJ) (Greig, 1927) et position du domaine d'irruniscibilité (Roedder, 1951 et Holgate, 1954).
1
1
xix
Traverse à la entre nodule variolaire. pour Si, Al,
microsonde au contact et matrice dans une lave Le profil a été r éalisé Mg, Ca, Fe.
Occurrence de prehnite, pumpellyite, stilpnomélane et position de l'isograde de métamorphisme.· prehnite-pumpellyite.
Assemblage primaire et réactions en cause lors du métamorphisme pour atteindre le faciès des schistes verts.
Assemblage minéralogique typique du faciès des schistes verts.
Complexes volcaniques et localisation des gisements (tiré de Goodwynn et Riddler:, 1970).
Cas--type de 1' occurrence des gisements de sulfures massifs d.e la région de Noranda.
Forme et zonalité des gisements de Noranda.
Carte des gisements présents dans la région étudiée (d'après carte 1600-V, rapport E.S. 2, M.R.N., 1965).
Diagramme Ab-An-'Or et .anomalies potassiques.
· ,
Subdivision des roches mafiques et numéros des échantillons corres­ pondants.
Subdivision des roches intermé­ diaires et numéros des échantillons correspondants.
Subdivision des roches acides et numéros des échantillons correspondants.
Subdivision des roches intrusives et numéros des échantillons correspondants.
Etudè microscopique des laves mafiques massives.
Etude microscopique des laves mafiques à coussins.
Etude microscopique des brèches de coulée mafiques (FRAGments et }1ATrice) • .
Etude microscopique des hyaloclastites.
Etude microscopique des laves intermédiaires massives.
Etude microscopique des laves intermé.diaires coussinées.
xxi
25
33
36
43
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. 60
61
66
66
70
74
Etude microscopique des brèches intermédiaires.
Etude microscopique des tuffs intermédiaires.
Etude microscopique des laves acides massives.
Etude microscopiqu~ des brèches de coulée . acides.
Etude microscopique des brèches · . 1 acides.
Etude microscopique des tuffs acides.
Etude microscopique des brèches polygénétiques.
Etude microscopique des gabbros, diorites ' et granodiorites.
Etude microscopique des dykes mafiques.
Etude microscopique des porphyres.
Analyses chimiques moyennes des divers types de roches.
Analyses chimiques de la section Tholéiites - ~ord.
Analyses chimiques de la section ·1-CA.
xxii
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' .. 77
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Analyses chimique s de la section 6-T.
Analyses chimiques de la section 7-T.
Analyses chimiques de la section 8-CA.
Comparaison du contenu en Ab et Qz des .rhyolites, tel qu'obtenu par diffraction et par le calcul de la norme.
Nature du plagioclase des rhyolites à 1 'aide des courbes de Bambauer (1967).
Teneurs en silice, fer total et sodium des rhyolites (et rhyo-
. dacites). T: tholéiites; · CR: calco-alcaline Renault; CD: calce-alcaline Dufault; *:anomalies.
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174
Analyses chimiques de cristaux squelettiques à la microsonde.
Otcurrences de prehnite, pumpellyite, stilpnomélane.
Comparaison des analyses chimiques des andé~ites et basaltes sous le faci~s de métamorphisme prehnite-pumpellyite avec le faciès des schistes verts.
xxiv
224
229
234
242
DESTOR ET DUFRESNOY, ABITIBI
Cette étude fait partie d'un projet global de recherche
sur la géochimie des empUements volcaniques de la région de
Rouyn-Noranda dont…