Abstract

The mineralogy and microstructure of Ca-rich metasomatic zones developed in crystalline target-rocks from the 54-km-diameter Charlevoix impact structure, in eastern Quebec, have been investigated by optical microscopy, analytical scanning electron microscopy and cathodoluminescence microscopy. The zones occur as discrete lenses (<0.5 m long) and as veins (<0.5 m wide) associated with regions of locally enhanced fracturing within Grenville Province charnockitic gneisses. The dominant metasomatic assemblage is prehnite + quartz ∠ calcite. Mineral fragments of the host gneiss also occur within the Ca-rich zones. Reaction of the fluid with the host gneiss and its entrained fragments is revealed by the partial replacement of shocked quartz by aggregates of authigenic quartz. Prehnite is considered to have supplanted the anorthite component of the host plagioclase. The predominance of prehnite indicates that precipitation mainly occurred at 250–380°C, probably following a higher-temperature phase. Mineralized cavities within the Ca-rich zones are themselves cross-cut by prehnite-filled fractures, and quartz partly shows a fibrous or spherulitic structure, indicating successive stages of precipitation during cooling. The Ca-metasomatic event occurred after the impact because it affected already shocked rocks and because the metasomatic minerals show no evidence of shock. The relatively high temperature of the fluid and the restriction of the Ca-rich zones to the impact structure suggest that the metasomatism is impact-related. Thermal energy to drive the hydrothermal system would have come from a combination of overlying impact-melt sheet and fallback, central uplift elevation and waste shock-induced heat. Given the Ca- and CO2-poor composition of the host gneiss, hydrothermal circulation through overlying carbonaceous Ordovician target-rocks may have provided an additional source for these components. Silicon, Al and Fe3+ were probably derived from the reaction of the fluid with the host gneiss. Ca-rich metasomatism was caused by the relatively short-lived (<1 Ma) thermal convection of aqueous fluids through shock-heated target-rocks that had acquired enhanced permeability due to impact-induced fracturing, with subsequent precipitation occurring in high-porosity zones.

Abstract

Nous avons étudié la minéralogie et la microstructure de zones métasomatiques enrichies en Ca développées dans les roches cristallines cibles de l’impact météoritique de la structure de Charlevoix, d’un diamètre de 54 km, dans l’est du Québec; nous nous sommes servis de la microscopie optique, microscopie électronique à balayage et cathodoluminescence. Les zones forment des lentilles distinctes de moins de 0.5 m en longueur et des veines de moins de 0.5 m de large, associées aux régions de fractures intensifiées dans le gneiss charnockitique du socle grenvillien. L’assemblage métasomatique prédominant est prehnite + quartz ∠calcite. Des fragments des minéraux du gneiss hôte se trouvent au sein des zones enrichies en Ca. Une réaction avec le gneiss hôte et les fragments entraînés est mise en évidence par le remplacement partiel du quartz déformé par des aggrégats de quartz authigène. La prehnite aurait cru aux dépens de la composante anorthite du plagioclase. La prédominance de la prehnite indique une précipitation surtout dans l’intervalle 250–380°C, probablement suite à une phase de plus haute température. Les cavités minéralisées des zones riches en Ca sont elles-mêmes recoupées par des fractures remplies de prehnite, et le quartz montre en partie une texture fibreuse ou sphérulitique, indication de stades successifs de précipitation au cours du refroidissement. La métasomatose a eu lieu après l’impact: elle affecte les roches ayant subi le choc, et les minéraux néoformés n’ont pas subi ce choc. La température relativement élevée de la phase fluide et la restriction des zones riches en Ca aux roches affectées par l’impact ontrent que la métasomatose était liée à l’impact. L’énergie thermique requise pour activer le système hydrothermal aurait été fournie par la couche de liquide silicaté et de débris formés par l’impact, la remontée centrale des roches enfouies, et l’excédent de chaleur dû à l’onde de choc. A cause de la composition pauvre en Ca et CO2 du socle, les fluides ont possiblement traversé les séquences de calcaire Ordovicien. Les éléments Si, Al et Fe3+ seraient dérivés de la réaction de la phase fluide avec le gneiss du socle. La mobilisation du Ca aurait été causée par la convection relativement brève (<1 Ma) de fluides aqueux dans un amas de roches bréchifiées à cause de l’impact, et a mené à une précipitation subséquente dans des zones à porosité élevée.

(Traduit par la Rédaction)

You do not currently have access to this article.