Abstract

Marble occurs abundantly in a portion of the Grenville Province of the Canadian Shield extending from the Adirondack Mountains, through Ontario, and into the Laurentian Highlands of Quebec, a distance of 300 km. In the Otter Lake area of western Quebec, major marble units, which are obviously metamorphosed limestone, consist of combinations of calcite, dolomite, olivine, humite-group minerals, Ca pyroxene, Ca amphibole, biotite, graphite, and retrograde serpentine and brucite, whereas minor marble units, which are evidently metasomatic rocks, consist of combinations of (pink) calcite, Ca pyroxene, Ca amphibole, biotite, garnet, K-feldspar, scapolite, and titanite. The oxygen and carbon isotopic composition of calcite in the major marble units (δ18OVSMOW in the range 28 to 17‰; δ13CPDB–1 in the range +6 to −2‰) is the same as in the Adirondacks and in unmetamorphosed Proterozoic limestone; only slight shifts (~1‰) can be attributed directly to metamorphic reactions. In bodies of minor marble, mean concentrations of 18O and 13C are slightly lower (+14.5 and +0.23‰, respectively). Mean fractionation-factors (α, expressed as 1000 ln α, are as follows: 18O, calcite/dolomite, +0.295 (n = 11); 13C, calcite/dolomite, −0.346 (n = 12); 18O, calcite/biotite, +3.49 (n = 5); 13C, calcite/graphite, +3.74 (n = 5). Additional (exploratory) results (n = 1) on the distribution of 18O are as follows: calcite/olivine, +3.5; calcite/clinohumite, +5.1; calcite/garnet, +2.4; calcite/titanite, +3.1; calcite/Ca pyroxene, +2.0; calcite/Ca amphibole, +2.4, calcite/K-feldspar +1.8; calcite/scapolite, +2.0; calcite/serpentine, +13.9; calcite/brucite, +19.7; a trend of increasing α is related to increasing OH/(O + OH) in the non-carbonates and the preference of OH for 16O. For the first group of mineral pairs (n ≥ a small variation in α across the study area (relative standard deviation ~0.05%) is viewed as an expression of a close approach to isotopic exchange equilibrium, and for certain pairs from the second group (n = 1), a temperature estimate close to 700° (the biotite–garnet temperature of associated gneisses) is also viewed as evidence for equilibrium. Attainment of isotopic exchange equilibrium was facilitated by dynamic recrystallization, which occurred during the peak of metamorphism.

Abstract

On trouve des séquences de marbre en abondance dans la partie de la Province du Grenville du bouclier canadien traversant de la chaîne des monts Adirondack, vers l’Ontario, jusque dans les Laurentides, au Québec, sur une distance de 300 km. Dans la région du lac Otter, dans la partie occidentale du Québec, des unités majeures de marbre, de toute évidence des séquences de calcaire à l’origine, contiennent des assemblages de calcite, dolomite, olivine, minéraux du groupe de la humite, pyroxène calcique, amphibole calcique, biotite, graphite, ainsi que serpentine et brucite rétrogrades, tandis que les unités mineures de marbre, d’origine métasomatique, contiennent des assemblages de calcite (rose), pyroxène calcique, amphibole calcique, biotite, grenat, feldspath potassique, scapolite, et titanite. La composition isotopique de l’oxygène et du carbone dans la calcite des unités majeures de marbre (δ18OVSMOW dans l’intervalle entre 28 et 17‰; δ13CPDB–1 dans l’intervalle entre +6 et −2‰) est la même que dans les roches semblables des Adirondacks et dans les calcaires protérozoïques non métamorphisés; on peut attribuer les légers décalages (~1‰) directement aux réactions métamorphiques. Dans les accumulations de marbre dites mineures, les concentrations moyennes de 18O et 13C sont légèrement plus faibles (+14.5 et +0.23‰, respectivement). Les facteurs de fractionnement moyens (αprimés sous forme de 1000 ln α, sont comme suit: 18O, calcite/dolomite, +0.295 (n = 11); 13C, calcite/dolomite, −0.346 (n = 12); 18O, calcite/biotite, +3.49 (n = 5); 13C, calcite/graphite, +3.74 (n = 5). Des résultats de reconnaissance additionnels (n = 1) portent sur la distribution de 18O: calcite/olivine, +3.5; calcite/clinohumite, +5.1; calcite/grenat, +2.4; calcite/titanite, +3.1; calcite/pyroxène calcique, +2.0; calcite/amphibole calcique, +2.4, calcite/feldspath potassique, +1.8; calcite/scapolite, +2.0; calcite/serpentine, +13.9; calcite/brucite, +19.7; le facteur α a une tendance d’augmenter avec le rapport OH/(O + OH) dans les phases non-carbonatées à cause de la préférence qu’a le OH d’incorporer 16O. Pour le premier groupe de paires de minéraux (n ≥ 5), une légère variation en α dans la région étudiée (écart-type relatif d’environ 0.05%) serait l’expression d’un équilibre approximatif par rapport à l’échange isotopique. Dans le cas de certaines paires de minéraux du second groupe (n = 1), une température estimée proche de 700°C (température indiquée selon le géothermomètre biotite–grenat des gneiss associés) serait un autre indication de l’équilibre. Que l’équilibre isotopique ait été atteint a été facilité par la recristallisation dynamique, lors du paroxysme métamorphique.

(Traduit par la Rédaction)

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